WO2019038207A1 - Verfahren zum betreiben einer getriebeeinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende getriebeeinrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer getriebeeinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende getriebeeinrichtung Download PDF

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WO2019038207A1
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Carsten TRAUTMANN
Christian Meixner
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Audi Ag
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Getriebeeinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle und eine Zwischenwelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Aus- gangswelle gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Die Getriebeeinrichtung dient beispielsweise dem Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits sowie einer Radachse des Fahrzeugs andererseits. Über die Getriebeeinrichtung ist die Radachse mit der Antriebseinrichtung wirkverbunden beziehungsweise zumindest wirkverbindbar. Die Radachse liegt entsprechend als angetriebene Radachse vor. Sie kann als Vorderradachse oder als Hinterradachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle sowie die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle auf.
Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist an die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen, vorzugsweise über ein Schaltgetriebe und/oder eine Kupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung. Mittels des Schaltgetriebes kann eine aus mehreren Übersetzungen ausgewählte Übersetzung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung eingestellt werden. Die Kupplung ist bevorzugt als Schaltkupplung und besonders bevorzugt als Anfahrkupplung ausgestaltet. Mithilfe der Kupplung kann insoweit die Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrich- tung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden.
Die Antriebseinrichtung verfügt über zumindest ein Antriebsaggregat, wel- ches beispielsweise als Brennkraftmaschine oder als elektrische Maschine ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung auch als Hybridantriebseinrichtung vorliegen und insoweit mehrere Antriebsaggregate aufweisen, welche bevorzugt unterschiedlichen Typs sind. In diesem Fall liegt eins der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine oder ein anderes der Antriebsaggregate als elektrische Maschine vor. Verfügt die Antriebseinrichtung über mehrere Antriebsaggregate, so ist sie bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Antriebsaggregate zumindest zeitweise ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Antriebsdrehmoment gemeinsam bereitstellen.
Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist über das Planetengetriebe sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt, insbesondere permanent. Das Planetengetriebe stellt ein Stirn- raddifferentialget ebe dar, also insoweit ein Differentialgetriebe, welches mehrere miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Ganz allgemein arbeitet das Stirnraddifferentialgetriebe als Differentialgetriebe beziehungsweise Ausgleichsgetriebe.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift WO 2016/066732 A1 bekannt. Diese betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einem Antriebsaggregat wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist, wobei die erste Ausgangswelle über ein erstes Getriebe mit einer ersten Teilwelle einer Radachse und die zweite Ausgangswelle über ein zweites Getriebe mit einer zweiten Teilwelle der Radachse wirkverbunden oder wirkverbindbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebe- einrichtung vorzustellen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine hohe Antriebsleistung bei gleichzeitig hoher Fahrstabilität bereitstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des An- Spruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit einem Drehmo- ment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle betrieben wird, wobei die elektrische Maschine bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl be- trieben wird.
Die elektrische Maschine kann in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Schalteinrichtung sowohl zum Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle als auch zur Realisierung einer„Torque-Vectoring"- Funktionalität herangezogen werden. Ersteres ist der Fall, sofern die elektrische Maschine mit der Eingangswelle gekoppelt ist, letzteres im Falle der Kopplung mit der Zwischenwelle. Im Falle des Bereitstellens des zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle wird dieses mit dem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsdrehmoment überlagert. Das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment kann hierbei positiv oder negativ sein, sodass schlussendlich die elektrische Maschine entweder als Elektromotor oder als Generator betrieben wird.
Mittels der Schalteinrichtung kann die elektrische Maschine wahlweise mit der Eingangswelle oder der Zwischenwelle gekoppelt werden. Besonders bevorzugt dient die Schalteinrichtung wahlweise dazu, die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch der Zwischenwelle zu entkoppeln, sie mit der Eingangswelle zu verbinden, während sie von der Zwischenwelle entkoppelt ist, oder sie mit der Zwischenwelle zu verbinden, wäh- rend sie von der Eingangswelle entkoppelt ist. Eine derartige Ausgestaltung der Schalteinrichtung ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz der elektrischen Maschine. Die Schalteinrichtung ist beispielsweise formschlüssig ausgebildet. Auch eine kraftschlüssig arbeitende Schalteinrichtung kann jedoch realisiert sein.
Die Schalteinrichtung ermöglicht das Einstellen wenigstens zweier Schaltstellungen, nämlich der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle drehfest gekoppelt und in der zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle. Besonders bevorzugt ist zudem eine dritte Schaltstellung vorgesehen, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die vorstehend beschriebene flexible Verwendung der elektrischen Maschine. Die dritte Schaltstellung kann auch als Zwischenstellung bezeichnet werden.
Liegt die erste Schaltstellung der Schalteinrichtung vor, so wird die elektrische Maschine zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit dem Drehmoment betrieben. Liegt hingegen die zweite Schaltstellung vor, so soll mittels der elektrischen Maschine das Differenzdrehmoment und/oder die Differenz- drehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswel- le eingestellt werden, insbesondere auf ein Solldifferenzdrehmonnent. Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass auch in der zweiten Schaltstellung mittels der elektrischen Maschine ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Drehmoment bereitstellbar ist. Die elektrische Maschine soll also auch bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung nicht allein dem Bereitstellen des Differenzdrehmoments und/oder der Differenzdrehzahl dienen, sondern zusätzlich das Kraftfahrzeug antreiben. Hierzu wird die elektrische Maschine bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung (auch) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass vor einem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle proportio- nalen Drehzahl in einer bestimmten Drehrichtung betrieben wird. In der ersten Schaltstellung dient die elektrische Maschine dem Beaufschlagen der Eingangswelle mit dem Drehmoment. Hierbei wird sie drehzahlangepasst zu der Eingangswelle betrieben, entsprechend also mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle proportionalen Drehzahl. Zudem liegt die bestimmte Dreh- richtung der elektrischen Maschine vor, welche ebenfalls von der Drehrichtung der Eingangswelle abhängt. In anderen Worten liegt bei einer bestimmten ersten Drehrichtung der Eingangswelle eine bestimmte erste Drehrichtung der elektrischen Maschine und bei einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung der Eingangswelle eine zweite Drehrich- tung der elektrischen Maschine vor, welche von der ersten Drehrichtung der elektrischen Maschine verschieden ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt die elektrische Maschine lastfrei eingestellt wird. Darunter ist zu verstehen, dass die elektrische Maschine kein Drehmoment bereitstellt, sondern leer mitdreht. Insbesondere wird die elektrische Maschine also derart eingestellt, dass sie eine Drehzahl aufweist, die weiterhin proportional zu der Drehzahl der Eingangswelle ist. Durch das Lastfreischalten der elektrischen Maschine ist ein leichtgängiges Schalten der Schalteinrichtung möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt eine Zwischenstellung an der Schalteinrichtung eingestellt wird, in welcher die elektrische Maschine von der Eingangswelle und der Zwischenwelle entkoppelt ist, und eine Drehzahlsynchronisierung vorgenommen wird. In der Zwischenstellung ist die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle vollständig entkoppelt. Entsprechend kann die Drehzahl der elektrischen Maschine grundsätzlich frei gewählt werden, nämlich insbesondere unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Zwischenwelle. In der Zwischenstellung der Schalteinrichtung kann daher ohne weiteres die Drehzahlsynchronisierung der elektrischen Maschine vorgenommen werden, während welcher die Drehzahl der elektrische Maschinen derart eingestellt wird, dass das Wechseln in die erste Schaltstellung beziehungsweise die zweite Schaltstellung ohne Drehzahldifferenz und daher ruckfrei möglich ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt ein Absolutwert der Drehzahl der elektrischen Maschine stets größer als eine Mindestdrehzahl gehalten wird. Vorstehend wurde erläutert, dass in der ersten Schaltstellung die elektrische Maschine stets mit der zu der Drehzahl der Eingangswelle proportionalen Drehzahl betrieben wird. In der zweiten Schaltstellung liegt hingegen eine Drehzahl der elektrischen Ma- schine vor, die proportional zu der Drehzahl der Zwischenwelle ist. Während des Umschaltens zwischen den beiden Schaltstellungen soll keine oder allenfalls eine geringe Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine auftreten. Insbesondere unterbleibt eine deutliche Veränderung der Drehzahl der elektrischen Maschine, insbesondere in Form einer Drehrichtungsum- kehr, bei welcher die Drehzahl der elektrischen Maschine einen Nulldurchgang aufweist.
Entsprechend ist es vorgesehen, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine oder genauer gesagt ihr Absolutwert stets größer ist als die Mindestdreh- zahl, welche einen positiven Wert aufweist. Beispielsweise beträgt die Mindestdrehzahl bezogen auf die vor dem Umschalten vorliegende Drehzahl der elektrischen Maschine mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 %, mindestens 75 %, mindestens 80 % oder mindestens 90 %. In anderen Worten ist allenfalls eine geringe Drehzahlanpassung der elektrischen Ma- schine notwendig, welche ansonsten zeitaufwändig durchzuführen wäre. Nachteilig wäre es insbesondere, die Drehzahl der elektrischen Maschine während des Umschaltens zunächst auf null abzusenken und anschließend wieder zu erhöhen, unabhängig davon, ob dabei ein Nulldurchgang der Drehzahl auftritt oder nicht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine mit einer zu der Drehzahl der Zwischenwelle proportionalen Drehzahl in der bestimmten Drehrichtung betrieben wird. Insoweit gilt für den Betrieb der elektrischen Maschine in der zweiten Schaltstellung das für die erste Schaltstellung Gesagte analog, jedoch bezogen auf die Drehzahl der Zwischenwelle anstelle der Drehzahl der Eingangswelle. Auf die vorstehenden Ausführungen hierzu wird hingewiesen. Diese können analog herangezogen werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine um eine Drehmomentdifferenz reduziert und die Antriebseinrichtung zum Aus- gleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird. In der ersten Schaltstellung wird das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment dem an der Eingangswelle anliegenden Antriebsdrehmoment der Antriebseinrichtung überlagert, sodass die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs beiträgt. Dies ist in der zweiten Schaltstellung nicht mehr der Fall, sodass das von der elektrischen Maschine an der Eingangswelle zusätzlich bereitgestellte Drehmoment zumindest teilweise entfällt und sich um die Drehmomentdifferenz reduziert. Diese Drehmomentdifferenz soll mittels der Antriebseinrichtung ausgeglichen werden, wozu sie entsprechend eingestellt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass nach einem Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine um eine Drehmomentdifferenz erhöht und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird. Insoweit gilt für das Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung das zu dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung Gesagte umgekehrt, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Im Falle des Umschaltens von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung kann die elektrisch Maschine nunmehr wieder einen Drehmomentbeitrag zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das auf die Eingangswelle wirkende Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht sich hierbei um die Drehmomentdifferenz. Die Antriebseinrichtung wird nun derart eingestellt, dass diese Drehmomentdifferenz ausgeglichen wird. Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass als elektrische Maschine eine Niedervoltmaschine verwendet wird. Unter einer Niedervoltmaschine ist insbesondere eine elektrische Maschine zu verstehen, welche an ein Niedervoltbordnetz des Kraft- fahrzeugs angeschlossen ist. Beispielsweise wird die Niedervoltmaschine mit einer Betriebsspannung von höchstens 100 V, vorzugsweise höchstens 50 V, insbesondere höchstens 48 V, betrieben, jedoch mindestens 24 V, mindestens 32 V oder mindestens 40 V. Um einen nennenswerten Beitrag zu dem Antreiben des Kraftfahrzeugs in der ersten Schaltstellung leisten zu können, beträgt die Nennleistung der Niedervoltmaschine bezogen auf die Nennleistung der Antriebseinrichtung vorzugsweise wenigstens 20 %, wenigstens 30 %, wenigstens 40 % oder wenigstens 50 %. Beispielsweise weist die Niedervoltmaschine eine Nennleistung von mindestens 5 kW auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, welche eine Getriebeeinrichtung, nämlich vorzugsweise eine Getriebeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art aufweist. Das Kraftfahrzeug, die Getriebeeinrichtung sowie das Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung betrifft zudem eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle und eine Zwischenwelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt sind. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle betrieben wird, wobei die elektrische Maschine bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
Hinsichtlich der Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung wird erneut auf Vorstehendes hingewiesen. Die Getriebeeinrichtung sowie das Verfahren zu ihrem Betreiben können wiederum gemäß diesen weitergebildet sein. Die Erfindung betrifft analog zudem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Getriebeeinrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für ein
Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, sowie
Figur 3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Ausführungsform. Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungs- form einer Getriebeeinrichtung 1 , die hier beispielsweise als Bestandteil eines nicht im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs 2 vorgesehen ist. Das Kraft- fahrzeug 2 weist eine Radachse 3 mit einer ersten Teilwelle 4 und einer zweiten Teilwelle 5 auf. Die Radachse 3 beziehungsweise die Teilwellen 4 und 5 sind über die Getriebeeinrichtung 1 mittels einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs 2 antreibbar. Die Antriebseinrichtung ist dabei mit einer Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Die erste Teilwelle 4 ist dagegen an eine erste Ausgangswelle 7, die zweite Teilwelle 5 eine zweite Ausgangswelle 8 der Getriebeeinrichtung 1 angeschlossen beziehungsweise mit der jeweiligen Ausgangswelle 7 beziehungsweise 8 wirkverbunden. Die Wirkverbindung zwischen ersten Teilwelle 4 und der ersten Ausgangswelle 7 ist über ein erstes Getriebe 9, die Wirkverbindung zwischen der zweiten Teilwelle 5 und der zweiten Ausgangswelle 8 über ein zweites Getriebe 10 hergestellt. Die Getriebe 9 und 10 können in Form von Winkelgetrieben vorliegen. Dabei sind sie vorzugweise als Kegelradgetriebe ausgestaltet und verfügen insoweit jeweils über ein erstes Kegelrad 1 1 beziehungsweise 12 und ein zweites Kegelrad 13 beziehungsweise 14. Es kann gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 vorgesehen sein, dass die Teilwellen 4 und 5 beziehungsweise ihre Drehachsen in lateraler beziehungsweise radialer Richtung bezüglich der Drehachsen gegeneinan- der versetzt sind. Die Teilwellen 4 und 5 können jedoch alternativ auch koaxial zueinander angeordnet sein, also zumindest in Draufsicht miteinander fluchten.
Die Ausgangswellen 7 und 8 können gegenüber den Teilwellen 4 und 5 be- ziehungsweise der Radachse 3 angewinkelt sein, also unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 180°, beispielsweise unter einem Winkel von 90°, zu diesen vorliegen. Die entsprechende Umlenkung wird mithilfe der Getriebe 9 und 10, die in Form der Winkelgetriebe vorliegen, realisiert. Selbstverständlich können die Getriebe 9 und 10 alternativ als Stirnradge- triebe ausgeführt sein. Beispielsweise sind hierbei die Ausgangswellen 7 und 8 parallel zu den Teilwellen 4 und 5 angeordnet.
Die Getriebeeinrichtung 1 weist ein Stirnraddifferentialgetriebe 15 auf, über welches die erste Ausgangswelle 7 und die zweite Ausgangswelle 8 perma- nent mit der Eingangswelle 6 wirkverbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Zu diesem Zweck ist das Stirnraddifferentialgetriebe 15 als Planetengetriebe ausgestaltet, das ein erstes Sonnenrad 16, ein zweites Sonnenrad 17 sowie einen Planetenradträger 18 aufweist, an welchem ein erstes Planetenrad 19 und ein zweites Planetenrad 20 jeweils drehbar gelagert sind. Hierbei ist der Planetenradträger 18 mit der Eingangswelle 6 der Getriebeeinrichtung 1 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Das erste Sonnenrad
16 ist hingegen mit der ersten Ausgangswelle 7 und das zweite Sonnenrad
17 mit der zweiten Ausgangswelle 8 gekoppelt, jeweils bevorzugt starr und/oder permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt mit dem zweiten Pla- netenrad 20, nämlich vorzugsweise permanent. Das erste Planetenrad 19 kämmt zudem mit dem ersten Sonnenrad 16, nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad 17. Das zweite Planetenrad 20 kämmt hingegen mit dem zweiten Sonnenrad 17, nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad 16. Das erste Planetenrad 19 ist als erstes Stufenplanetenrad 21 ausgestaltet, das mit einem zweiten Stufenplanetenrad 22 drehfest gekoppelt ist. Die beiden Stufenplanetenräder 21 und 22 sind gemeinsam an dem Planetenradträger 18 drehbar gelagert, wobei sie vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Lagerstelle 23 an dem Planetenradträger 18 vorliegen. Das zweite Stufenplanetenrad 22 ist mit einer Zwischenwelle 24 drehfest gekop- pelt, insbesondere starr und/oder permanent. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Ausgangswellen 7 und 8 sowie die Eingangswelle 6 und die Zwischenwelle 24 koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Dabei nimmt die zweite Ausgangswelle 8 die erste Aus- gangswelle 7 zumindest bereichsweise auf, ebenso nimmt die Zwischenwelle 24 die Eingangswelle 6 zumindest bereichsweise auf. Besonders hervorzuheben ist zudem, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist, also nicht über ein Hohlrad verfügt. Die Getriebeeinrichtung 1 verfügt über eine elektrische Maschine 25, die mittels einer Schalteinrichtung 26 mit der Eingangswelle 6 und/oder der Zwischenwelle 24 koppelbar ist. Hierbei verfügt die Schalteinrichtung 26 über ein Koppelelement 27, das gemäß dem Doppelpfeil 28 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Schalteinrich- tung 26 ein Eingangszahnrad 29, ein erstes Ausgangszahnrad 30 sowie ein zweites Ausgangszahnrad 31 auf. Weiterhin kann ein Hilfszahnrad 32 vorgesehen sein.
Das Koppelelement 27 ist nun derart ausgestaltet, dass es permanent mit dem Eingangszahnrad 29 der Schalteinrichtung 26 kämmt. In einer ersten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem ersten Ausgangszahnrad 30, nicht jedoch mit dem zweiten Ausgangszahnrad 31 und dem Hilfszahnrad 32. In einer zweiten Schaltstellung kämmt es hingegen zusätzlich mit dem zweiten Ausgangszahnrad 31 , nicht jedoch mit dem ersten Ausgangszahnrad 30 und dem Hilfszahnrad 32. In einer dritten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem Hilfszahnrad 32, nicht jedoch mit den beiden Ausgangszahnrädern 30 und 31 .
Das Eingangszahnrad 29 ist mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das erste Ausgangszahnrad 30 ist fest mit der Eingangswelle 6 und das zweite Ausgangszahnrad 31 fest mit der Zwischenwelle 24 gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. Das Hilfszahnrad 32 ist dagegen sowohl von der Eingangswelle 6 als auch von der Zwischenwelle 24 entkoppelt und insoweit frei drehbar ge- lagert.
Die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Schalteinrichtung 26 beziehungsweise dem Eingangszahnrad 29 liegt über ein Koppelplanetengetriebe 33 vor. Dieses weist ein Sonnenrad 34, einen Planeten- radträger 35 mit drehbar an ihm gelagerten Planetenrad 36 sowie ein Hohlrad 37 auf. Das Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Hohlrad 37 ist hingegen feststehend angeordnet. Das Planetenrad 36 kämmt nun sowohl mit dem Sonnenrad 34 als auch mit dem Hohlrad 37. Der Planetenradträger 35 ist mit der Schalteinrichtung 26, insbesondere dem Eingangszahnrad 29 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent.
Mithilfe der Schalteinrichtung 26 kann die elektrische Maschine 25 entweder mit der Eingangswelle 6 oder mit der Zwischenwelle 24 gekoppelt werden. In ersterem Fall kann die elektrische Maschine 25 ein Drehmoment bereitstellen, welches mit einem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Drehmoment auf der Eingangswelle 6 überlagert wird. Mithilfe der elektrischen Maschine 25 kann in diesem Fall also das Antriebsdrehmoment vergrößert oder verkleinert werden.
In der zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung 26 kann die elektrische Maschine 25 hingegen zur Bereitstellung einer „Torque Vectoring"- Funktionalität herangezogen werden. In dieser kann das an der Eingangswelle 6 anliegende Antriebsdrehmoment durch Bereitstellen eines zusätzli- chen Drehmoments mittels der elektrischen Maschine 25 auf die beiden Teilwellen 4 und 5 aufgeteilt werden, nämlich derart, dass sich eine gewünschte Drehmomentverteilung zwischen ihnen einstellt. Das bedeutet, dass mithilfe der elektrischen Maschine 25 das Antriebsdrehmoment frei auf die Ausgangswellen 7 und 8 und mithin auf die Teilwellen 4 und 5 aufteilbar ist.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die erste Ausführungsform, sodass nachfolgend lediglich auf die Unter- schiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Die Unterschiede liegen in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung 26. Während im Falle der ersten Ausführungsform das Eingangszahnrad 29 als Hohlrad ausgestaltet war, liegt es nun als Stirnrad vor und ist in axialer Richtung gesehen zwischen dem ersten Ausgangszahnrad 30 und dem zweiten Ausgangszahnrad 31 angeordnet. Die Funktionalität ist jedoch identisch zu der Schalteinrichtung 26 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Im Vergleich zu dieser kann das Hilfszahnrad 32 entfallen, was hier der Fall ist. Die Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung 1 in einer schematischen Darstellung. Wiederum wird auf die vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu der ersten Ausführungsform, Bezug genommen und nachfolgend auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass das Koppelplanetengetriebe 33 zweistufig ist, sodass die elektrische Maschi- ne 25 über das Koppelplanetengetriebe 33 sowohl mit dem Eingangszahnrad 29 als auch einem weiteren Eingangszahnrad 38 gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. Hierzu weist das Koppelplanetengetriebe 33 ein weiteres Sonnenrad 39, ein weiteres Planetenrad 40 und ein weiteres Hohlrad 41 auf. Das Sonnenrad 39 ist mit dem Sonnenrad 34 und mithin mit der elektrischen Maschine 25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Planetenrad 40 ist an dem Planetenradträger 35 drehbar gelagert, jedoch unabhängig von dem Planetenrad 36. Das Planetenrad 40 kämmt einerseits mit dem Sonnenrad 39 und andererseits mit dem Hohlrad 41 . Das Hohlrad ist drehbar gelagert und mit dem Eingangszahnrad 38 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Die Planetenräder 36 und 40 weisen bevorzugt unterschiedliche Zähnezahlen auf, sodass sich zwischen der elektrischen Maschine 25 und dem Eingangszahnrad 29 eine erste Übersetzung und zwi- sehen der elektrischen Maschine 25 und dem weiteren Eingangszahnrad 38 eine zweite Übersetzung einstellt, wobei die beiden Übersetzungen voneinander verschieden sind.
In Ergänzung zu den vorstehend bereits beschriebenen Schaltstellungen kann nun eine vierte Schaltstellung der Schalteinrichtung 26 vorliegen, in welcher das Koppelelement 27 mit dem Eingangszahnrad 38 anstelle des Eingangszahnrad 29 kämmt, während es gleichzeitig mit dem ersten Ausgangszahnrad 30 kämmt. Entsprechend ist zwischen der elektrischen Maschine 25 und der Eingangswelle 6 eine andere Übersetzung eingestellt als in der ersten Schaltstellung.
Die beschriebene Getriebeeinrichtung 1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Stirnraddifferentialgetriebe 15 hohlradlos ausgestaltet ist und insoweit mit geringem axialen Bauraum realisierbar ist. Zudem ermöglicht die Schalteinrichtung 26 eine flexible Anbindung der elektrischen Maschine 25, entweder zum Antreiben der Eingangswelle 6 oder zur Bereitstellung der „Torque Vectoring"-Funktionalität durch Antreiben der Zwischenwelle 24.
Mithilfe der beschriebenen Getriebeeinrichtung 1 wird ein Verfahren umge- setzt, bei welchem die elektrische Maschine 25 bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle 6 mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle 7 und der zweiten Ausgangswelle 8 betrieben wird, wobei die elektrische Maschine 25 bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird. Dies ermöglicht zum einen einen verbesserten Vortrieb des Kraftfahrzeugs 2 auch in der zweiten Schaltstellung und zum anderen ein schnelleres Umschalten zwischen den Schaltstellungen.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Dreh- moment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine (25) mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle (6) proportionalen Drehzahl in einer bestimmten Drehrichtung betrieben wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt die elektrische Maschine (25) lastfrei eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt eine Zwischenstellung an der Schalteinrichtung (25) eingestellt wird, in welcher die elektrische Maschine (25) von der Eingangswelle (6) und der Zwischenwelle (24) entkoppelt ist, und eine Drehzahlsynchronisierung vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt ein Absolutwert der Drehzahl der elektrischen Maschine (25) stets größer als eine Mindestdrehzahl gehalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine (25) mit einer zu der Drehzahl der Zwischenwelle (24) proportionalen Drehzahl in der bestimmten Drehrichtung betrieben wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle (6) wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine (25) um eine Drehmomentdifferenz reduziert und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle (6) wirkendes Dreh- moment der elektrischen Maschine (25) um eine Drehmomentdifferenz erhöht und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Maschine (25) eine Niedervoltmaschine verwendet wird.
10. Getriebeeinrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durch- führung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirk- verbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder die Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
PCT/EP2018/072357 2017-08-25 2018-08-17 Verfahren zum betreiben einer getriebeeinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende getriebeeinrichtung WO2019038207A1 (de)

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