WO2020177894A1 - Getriebeanordnung für einen kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zum betreiben einer getriebeanordnung - Google Patents

Getriebeanordnung für einen kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zum betreiben einer getriebeanordnung Download PDF

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clutch
transmission
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electrical machine
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Stefan Beck
Fabian Kutter
Matthias Horn
Thomas Martin
Johannes Kaltenbach
Max Bachmann
Michael Wechs
Martin Brehmer
Thomas KROH
Peter Ziemer
Oliver Bayer
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a transmission arrangement for a motor vehicle drive train, with a first input element and a second input element, with a first sub-transmission which is assigned to the first input element and which has a first plurality of shiftable gear sets for setting up a number of gear stages, and with a second partial transmission which is assigned to the second input member and which has a second plurality of shiftable gear-wheel sets for setting up a number of gear stages.
  • a hybrid drive train for a motor vehicle having such a gear arrangement is known from document DE 10 2011 005 451 A1.
  • the well-known hybrid drive includes an automated gearbox with two input shafts and a common output shaft.
  • the first input shaft can be connected to the drive shaft of an internal combustion engine via a separating clutch and can be brought into drive connection with the output shaft via a first group of selectively shiftable gear sets.
  • the second input shaft is in drive connection with the rotor of a first electric machine that can be operated as a motor and generator and can be brought into drive connection with the output shaft via a second group of selectively shiftable gear sets.
  • the input shafts can be coupled to one another via an engageable and disengageable coupling switching element.
  • a second electric machine that can be operated as a motor and a generator is provided, the rotor of which is in Triebverbin connection with the first input shaft.
  • the gear clutches of the gear sets of the first group can be synchronized with the disengaging clutch and the coupling shift element disengaged, specifically by means of the second electric machine, so that the gear clutches can be designed as inexpensive dog clutches.
  • the internal combustion engine can be decoupled by opening the disconnect clutch, whereby gear changes in the shift Transmissions can be carried out during electric driving without interruption of tractive power by the second electric machine outputting a torque during the gear change and transmitting it to the output shaft via a switched gear set.
  • the second electric machine is preferably designed as a starter generator, which is designed to be less powerful than the first electric machine and can only be operated as a motor for a short time.
  • a shifting process carried out with this drive train can be carried out without interruption of traction when changing gears in electric driving mode, with the second electric machine transmitting at least briefly a torque to the output shaft when the clutch shift element is open via an engaged gear set of the first group.
  • the above object is achieved by a transmission arrangement for a motor vehicle drive train, with a first input element and a second input element, with a first partial transmission which is assigned to the first input element and which has a first plurality of shiftable gear sets for setting up a number of gear stages having, with a second sub-transmission which is assigned to the second input member and which has a second plurality of switchable gear sets for setting up a number of gear stages, with a first electrical machine which is connected to the second input member, with a second electrical one Ma machine and with a first coupling, via which the first and the second input member can be connected to one another, the second electrical machine being connectable to the first input member via a second coupling. Furthermore, the above object is achieved by a method for operating a gear arrangement of the type according to the invention, with the step of opening the second clutch during electric driving mode by means of the first electric machine in at least one gear.
  • the input members of the gear arrangement are preferably input shafts, which are also preferably arranged coaxially to one another.
  • connection between the second input member and the first electrical machine is preferably a rotationally fixed connection, so that the second input member can always be driven by the first electrical machine without having to close a clutch.
  • the speeds of a rotor of the first electrical machine's rule and of the second input element are preferably proportional to one another at all times of operation.
  • one sub-transmission is assigned to odd forward gear stages and the other sub-transmission is assigned to even forward gear stages.
  • the first partial transmission is assigned to the odd forward gear stages. It is also preferred if the first partial transmission includes exactly two switchable gear sets for setting up two regular forward gear stages.
  • a regular forward gear is understood to mean that power flows through precisely one of the shiftable gear wheel sets of the transmission arrangement, and not over two gear sets. As a result, of all the clutches that are used to shift the gear sets, only a single clutch is closed when setting up a regular forward gear.
  • the second partial transmission is preferably assigned to the even forward gear stages. The second partial transmission preferably has exactly two shiftable gear sets for setting up two regular forward gear stages.
  • the transmission arrangement does not contain a gear set for a reverse gear stage, in such a way that internal combustion engine operation does not enable reverse operation.
  • An output shaft is preferably arranged offset parallel to the first and / or the second input shaft, that is to say designed as a countershaft.
  • the shiftable gear sets of the first partial transmission preferably connect the first input member in the form of a first input shaft to the output shaft.
  • the shiftable gear sets of the second partial transmission connect the second input member, preferably a second input shaft, to the output shaft.
  • the first electrical machine and the second electrical machine can preferably both be operated as a motor or as a generator.
  • the first electrical machine and / or the second electrical machine are preferably aligned parallel to shafts of the gear arrangement and connected to an associated shaft via spur gear sets or belt drives such as chains or toothed belts.
  • Electric driving can be set up by means of the first electrical machine via the first sub-transmission, but also via the second sub-transmission with the shiftable gear sets of the second sub-transmission.
  • the second clutch When the second clutch is disengaged, it is also possible, in electric driving mode, to simultaneously drive the second electric machine, for example by means of an internal combustion engine, which then works as a generator. This allows serial operation or a type of range extender operation to be set up, both during electric driving operation and when stationary.
  • the second clutch When the second clutch is open, it is also possible to set up an electromotive Fährbe with the first clutch closed by means of the first electric machine and the gear sets of the first partial transmission.
  • the first coupling is also referred to below as a shaft coupling.
  • the second clutch is also referred to below as the machine clutch.
  • An input element of the second clutch (e.g. an intermediate shaft) connected to the second electrical machine can preferably be connected to an internal combustion engine via a separating clutch.
  • the transmission arrangement can be implemented in particular for a flybrid drive train, an input element of the separating clutch being connected to the internal combustion engine.
  • connection of two links can be understood to mean that the links are connected to one another via a coupling or are non-rotatably connected to one another;
  • a rotationally fixed connection of two links is understood to mean that they have rotational speeds that are proportional to one another in all operating states.
  • a connection can therefore be both closed and open, as long as it is at least possible that a power flow can take place via the connection in an operating state.
  • the gear wheel sets of the first and second partial transmissions are preferably switched by means of switching elements such as clutches.
  • switching elements such as clutches.
  • two shifting elements are combined to form a shifting clutch package that can be actuated by means of a single actuator.
  • each partial transmission has exactly one such shift clutch package, by means of which the gear wheel sets of the respective partial transmission can alternatively be switched into the power flow.
  • the clutch packs are preferably arranged on the output shaft.
  • the transmission arrangement according to the invention always contains two electrical machines, both of which are preferably each designed to set up an electric drive mode, that is to say have a sufficiently high output.
  • the first electrical machine is designed to drive a motor vehicle, and the second electrical machine essentially serves as a starter / generator with the option of providing tractive power assistance, similar to the drive train from document DE 10 2011 005 451 A1, reference is made here in full to its disclosure content.
  • a purely internal combustion engine operation can be implemented over all gear wheel sets of the first and second partial transmissions.
  • a purely electric ferry operation can be implemented by means of the first electric machine at least with means of the gear wheel sets of the second sub-transmission.
  • An electromotive ferry operation can be implemented by means of the second electrical machine, provided that it is designed accordingly in terms of output, at least over all gear sets of the first and second partial transmissions.
  • a serial or range extender operation is possible in which a battery of the drive train is charged by means of the first electric machine during an electric drive by the internal combustion engine driving the second electric machine with the Maschinenkupp open, which then operates as a generator becomes.
  • a boost mode in which electromotive power is added to the internal combustion engine power, is possible both by means of the first electrical machine and by means of the second electrical machine.
  • sailing operation can also be implemented, in which a speed is kept constant, exclusively through the intermittent provision of electromotive power by means of the first and / or the second electrical machine.
  • the first electrical machine can preferably also be operated as a generator in order, for example, to provide braking power in an overrun mode and thereby recuperate power for feeding a battery.
  • the second electrical machine is preferably connected to an intermediate element which can be connected to an internal combustion engine via a separating clutch and which can be connected to the first input element via the second clutch.
  • the intermediate member and the input members are preferably designed as waves.
  • first and second partial transmissions can be connected to one another via a third clutch, which is also referred to as a bridge clutch, in order to be able to set up at least one winding gear stage.
  • a third clutch which is also referred to as a bridge clutch
  • a winding gear stage is understood to mean that the power flow in this case flows both via a gear set of the first sub-transmission and via a gear set of the second sub-transmission.
  • the bridge coupling is when setting up a
  • the winding gear stage is generally closed, so that a non-rotatable connection is established between the first and the second partial transmission.
  • a winding gear stage can only be set up if both the bridge clutch and a clutch for shifting one of the gear sets of the first or the second partial transmission are engaged.
  • two shifting elements are closed to set up a winding gear.
  • a winding gear stage is an electrical starting gear stage in which, in electric driving mode, the power of the first electric machine is transmitted from the second sub-gear via the bridge coupling to the first sub-transmission, one of the gear sets in the first sub-gear being closed, preferably a gear set of a starting gear stage, such as the forward gear stage 1.
  • the winding ratio which is set up by means of a winding gear stage, can be a shorter ratio than the ratio of the regular forward gear stage 1.
  • At least one winding gear step can be set up in the purely internal combustion engine ferry operation or in a ferry operation using the second electrical machine. It is preferred here if a winding gear stage in which power flows from the first sub-transmission via the bridge clutch and via a switched gear set of the second sub-transmission contains a highest forward gear stage, the translation of which is longer than that of the highest regular forward gear stage. To set up this winding gear stage, the gear set for the highest forward gear stage is preferably switched in the two-th sub-transmission.
  • the bridge coupling is preferably only closed when the shaft coupling is open, and vice versa.
  • a simultaneous closing of these clutches leads to a blocking of the first part of the transmission and the second part of the transmission besides.
  • a corresponding safety device is preferably provided, which ensures that either only the bridge coupling or only the shaft coupling is closed, similar to how such a safety device ensures that two gear sets of the first and second partial transmission are not switched at the same time, when the shaft coupling and the bridge coupling are open.
  • the bridge coupling can be arranged anywhere in the transmission arrangement.
  • the bridge coupling is arranged on an output shaft which is assigned to the first and second partial transmissions.
  • the bridge coupling is arranged axially between the first partial transmission and the second partial transmission.
  • the shaft coupling is arranged axially between the first partial transmission and the second partial transmission and / or if the shaft coupling and the bridge coupling are arranged in a radial plane or are axially aligned with one another.
  • first electrical machine is connected to the second input member via a first gear set, which is also referred to as the first machine gear set, and / or if the second electrical machine is connected to a second gear set, which is also the second Machine wheelset is referred to, is connected to an intermediate shaft.
  • the intermediate shaft is arranged coaxially with the first and / or the second input member.
  • the intermediate shaft is preferably designed as a hollow shaft, at least in sections around the first input shaft and / or around a drive shaft which is connected to an internal combustion engine in a rotationally fixed manner.
  • the separating clutch and / or the second clutch and / or the first clutch is arranged coaxially with the first and / or the second input member.
  • an output shaft is connected to a differential via a driven gear set, the driven gear set and the second clutch being preferably arranged in a radial plane or axially aligned with one another.
  • the gear assembly is designed in particular for a front-transverse installation in a motor vehicle.
  • the gear assembly is installed in the front of a motor vehicle, in an orientation transverse to the longitudinal direction of the motor vehicle, drive power can be transmitted directly to the driven front wheels via the differential.
  • the first and / or the second partial transmission each have exactly two gear wheel sets that are assigned to regular forward gear stages.
  • a forward drive operation in four, preferably five (of which one winding gear stage) or even six (including two winding gear stages, including a very short starting gear stage or “crawler” gear stage) can be implemented.
  • the gear ratios of the gear sets of the first and / or the second sub-transmission are matched to one another so that a first forward winding gear stage has a shorter gear ratio than all the gear sets of the first and second sub-gears, the regular forward gear stages are assigned, and / or in such a way that a second forward winding gear stage has a longer gear ratio than all gearwheelsets of the first and second partial transmission that are assigned to regular forward gear stages.
  • the separating clutch, the second clutch, the first clutch, the third clutch and / or at least one clutch for shifting a gear-wheel set of the gear-wheel sets of the first and second partial transmissions is or are not synchronized clutch or designed as a claw clutch.
  • the input member and output shaft of the clutches can be synchronized in each case, in particular, by the first and / or the second electrical machine.
  • the above object is achieved by a transmission arrangement for a motor vehicle drive train, with a first input element and a second input element, with a first partial transmission which is assigned to the first input element and which has a first plurality of shiftable gear sets for setting up a Has number of gear stages, with a second sub-transmission which is assigned to the second input member and which has a second plurality of switchable gear sets for setting up a number of gear stages, with a first clutch via which the first and second input member are connectable to one another, with a first electrical machine that is connected to the second input member, with a second electrical machine that is connected to the first input member or that is connectable to the first input member via a second clutch, and with a third clutch, about the first e and the second partial transmission can be connected to one another in order to be able to set up at least one winding gear stage.
  • This aspect of the invention is independent of the above-mentioned first aspect, in which the second electrical machine is connected to the first input element via
  • the second aspect of the invention is preferably combined with the first aspect.
  • a so-called serial operation can be set up (also referred to above as range extender operation), in which electric driving is set up using the first electric machine , using both the gear sets of the second and the first sub-transmission and / or using a winding gear stage, with the bridge clutch engaged.
  • a second electrical machine is decoupled from the partial transmissions as a whole, so that the internal combustion engine can be operated when the disconnect clutch is closed in order to be able to operate the second electrical machine in generator mode in order to charge a battery in the drive train.
  • the serial operation can be set up in particular when there is a high driving resistance if the first electric machine is to be driven by an electric motor.
  • a transition to an internal combustion engine driving operation in the regular forward gear stage 1 is possible, please include when the machine clutch is closed.
  • the internal combustion engine, together with the second electric machine, can then support the tractive force, and the bridge coupling can be opened, with the first electric machine being load-free.
  • the first electric machine can then synchronize a shift element for the second forward gear and shift it in the then inactive sub-transmission in order to be able to switch directly to forward gear 2 in the first forward gear, starting from the internal combustion engine.
  • There the first electrical machine supports the tractive force and can switch the internal combustion engine together with the second electrical machine free of load.
  • the second electrical machine can support synchronizations on the switching elements.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a hybrid drive train for a motor vehicle
  • FIG. 2 shows another embodiment of a hybrid drive train for a motor vehicle
  • FIG. 3 shows a switching table of switching elements of the hybrid drive train from FIG. 2 in a purely internal combustion engine ferry operation
  • FIG. 4 shows a switching table of switching elements of the hybrid drive train of FIG. 2 in a purely electromotive ferry operation by means of the first electrical machine
  • FIG. 5 shows a switching table of switching elements of the hybrid drive train of FIG. 2 in a purely electromotive ferry operation by means of the second electrical machine.
  • Fig. 1 an embodiment of a hybrid drive train for a motor vehicle is shown schematically and generally designated 10.
  • the drive train 10 has an internal combustion engine 12.
  • the drive train 10 further includes a clutch assembly 14 having a number of clutches
  • the drive train 10 also has a transmission 16 which, together with the clutch arrangement 14, is part of a transmission arrangement 17.
  • An output of the transmission 16 is connected to a differential 18 (or some other varnish branching device), by means of the drive power to driven Rä
  • the 20L, 20R of the motor vehicle is distributable.
  • the transmission arrangement 17 also has a first electrical machine 22 and a second electrical machine 24.
  • the transmission 16 includes a first sub-transmission 26, which is preferably assigned to the odd forward gear stages, and a second sub-transmission 28, which is preferably assigned to the even forward gear stages.
  • a common output element of the two partial transmissions 26, 28 can be formed by an output shaft 30 from.
  • the partial transmission 26 has a first input member in the form of a first input shaft 32.
  • the second partial transmission 28 has a second input member in the form of a second input shaft 34.
  • the first electrical machine 22 is rotatably connected to the second input shaft 34 a related party.
  • the second electrical machine 24 is connected to an intermediate member, which is preferably implemented as an intermediate shaft 36.
  • the intermediate shaft 36 can be connected to the internal combustion engine 12 via a separating clutch K0 of the clutch arrangement 14. Furthermore, the intermediate shaft 36 can be connected to the first input shaft 32 via a machine clutch K2 of the clutch arrangement 14. The first input shaft 32 and the second input shaft 34 are via a Shaft coupling K1 can be connected to one another. Furthermore, the first partial transmission 26 and the second partial transmission 28 can be connected to one another via a bridge coupling E.
  • connection by means of the above Coupling is such that the links connected to one another are decoupled from one another when the coupling is open.
  • the respective links are non-rotatably connected to one another, so that they rotate at proportional speeds.
  • the clutches KO, K1, K2 are part of the clutch arrangement 14 and can be switched individually and independently of one another by means of respective actuators.
  • the bridge clutch E is part of the transmission 16 and can also be switched by means of a separate actuator.
  • the following driving modes can essentially be set up with the hybrid drive train 10: a purely internal combustion engine driving operation, a purely electric motor driving operation, or a flybridge operation (boost operation or recuperation operation).
  • the drive power of the internal combustion engine 12 is transmitted to the output shaft 30 either via the separating clutch KO and the machine clutch K2 and via the first input shaft 32 and the first sub-transmission 26.
  • the drive power is transmitted to the output shaft 30 via the separating clutch KO, the Maschinenkupp treatment K2, via the shaft coupling K1 and via the second input shaft 34 and the second sub-transmission 28.
  • a forward gear stage in combustion engine operation can be set up by what is known as a winding gear stage, with power being first fed into the first sub-gear 26 via the first input shaft 32, and from there via the closed bridge clutch E into the second sub-gear 28, and from there to the output shaft 30.
  • the shaft coupling K1 is open here.
  • drive power of the first electric machine 22 and / or the second electric machine 24 is provided in what is known as a "boost" driving mode, or power is fed into this by recuperation. feeds.
  • the respective electrical machine is operated as a motor.
  • the respective electrical machine is operated as a generator.
  • a purely electric motor ferry operation can be set up by means of the first electrical machine 22.
  • the gears of the second sub-transmission are essentially used here, so that drive power is transmitted from the first electrical machine 22 via the second input shaft 34 and the second sub-transmission 38 to the output shaft 30.
  • a winding gear stage can also be set up in this purely electric motor-driven ferry operation, with drive power of the first electrical machine 22 being passed through the second input shaft 34 into the second sub-transmission 28 when the shaft coupling K1 is disengaged, and from there via the bridge clutch E into the first sub-transmission 26 and from there onto the output shaft 30.
  • a purely electromotive ferry operation can also be set up by means of the second electrical machine 24.
  • all gear steps can be engaged as in the internal combustion engine ferry operation.
  • the separating clutch K0 is closed here, however, so that the internal combustion engine 12 does not have to be dragged along.
  • Drive power of the first electrical machine 22 and the second electrical machine 24 can also be added up in certain driving modes in order to set up an electromotive ferry operation with maximum power.
  • a so-called serial operation or a range extender operation can also be set up by means of the drive train 10.
  • a purely electric Fährbe is set up by means of the first electric machine 22, as described above.
  • the machine clutch K2 is opened.
  • drive power of the internal combustion engine can be fed to the second electric machine 24 in order to operate it in generator mode and to charge a battery.
  • the first electrical machine 22 preferably draws electrical power from the same battery into which the second electrical machine 24 feeds electrical energy.
  • a further hybrid drive train 10 'for a motor vehicle is described below, which generally corresponds to the drive train 10 of FIG. 1 in terms of structure and mode of operation. The same elements are therefore identified by the same reference symbols. The main differences are explained below.
  • the representation of the hybrid drive train 10 ′ in FIG. 2 is designed as a transmission diagram (in contrast to the power flow diagram in FIG. 1). It can first be seen that the first input shaft 32 and the second input shaft 34 are arranged as concentric shafts, the second input shaft 34 being designed as a hollow shaft around the first input shaft 32.
  • the shaft coupling K1 is arranged in the axial direction between the first partial transmission 26 and the second partial transmission 28 concentrically to the input shafts 26.28.
  • the first input shaft 32 is connected via the machine clutch K2 to the intermediate shaft 36, which is designed as a hollow shaft around the first input shaft 32.
  • the intermediate shaft 36 is also arranged coaxially to a drive member of the separating clutch K0, which is connected on the input side to the internal combustion engine.
  • the drive shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 12, the separating clutch K0, the intermediate shaft 36 and the machine clutch K2 are preferably arranged concentrically to the first input shaft 32.
  • the bridge clutch E is arranged in the axial direction between the first partial transmission 26 and the second partial transmission 28, concentric to the output shaft le 30.
  • the bridge coupling E is consequently axially aligned with the shaft coupling K1.
  • the clutches E and K1 lie in a radial plane.
  • the first partial transmission 26 has a gear set 40 for the regular forward gear stage 1 and a gear set 42 for the regular forward gear stage 3.
  • the wheel sets 40, 42 each contain a fixed wheel that is connected to the first input shaft 32, as well as a loose wheel that is rotatably mounted on the output shaft 30.
  • the second partial transmission 28 has a gear set 44 for the regular forward gear stage 2 and a gear set 46 for the regular forward gear stage 4.
  • the wheel sets 44, 46 each have a fixed wheel, which in this case is non-rotatably connected to the second input shaft 34, as well as a loose wheel, which is rotatably mounted on the output shaft 30.
  • the first partial transmission 26 has a first clutch pack 48 with a first clutch A and a second clutch C, which can alternatively be shifted by means of an actuator of the first clutch pack 48.
  • the clutch A is used to shift the gear set 40, consequently to engage the regular forward gear stage 1.
  • the clutch C is used to shift the gear set 42, thus to engage the regular forward gear stage 3.
  • the second partial transmission 28 has a second clutch pack 50 with a clutch B and a clutch D, which can alternatively be shifted by means of a further actuator.
  • the clutch E is used to shift the gear set 44 and therefore to engage the regular forward gear 2.
  • the clutch D is used to shift the gear 46 and thus to engage the regular forward gear 4.
  • the first clutch pack 48 and the second clutch pack 50 are preferably arranged coaxially to the output shaft 30 before.
  • the first clutch pair Ket 48 is arranged in the axial direction between the wheel sets 40, 42.
  • the second clutch pack 50 is arranged axially between the wheel sets 44, 46.
  • the first electrical machine 32 is arranged axially parallel to the shafts of the sub-transmissions 26, 28 and is non-rotatably connected to the second input shaft 34 via a first machine gear set 54.
  • the first machine gear set 54 has a first Maschi nenritzel 56 which is non-rotatably connected to a rotor of the first electrical machine 22 and which is directly, or via an intermediate gear, with the fixed gear of the gear set 46 for the regular forward gear 4 in engagement.
  • the first machine wheel set 54 is consequently formed by the machine pinion 56, possibly an intermediate wheel, and the fixed wheel of the wheel set 46.
  • the first machine pinion 56 could also be connected to the wheel set 44 in the same way.
  • the gear set 46 for the forward gear stage 4 is arranged at one axial end of the gearbox 16, more precisely at the end of the internal combustion engine 12 axially opposite one another.
  • the first electrical machine 22 extends in the axial direction, preferably starting from the first machine gear set 54 in the direction of the input side of the transmission 16. The first electrical machine 22 is consequently arranged axially overlapping with the partial transmissions 26, 28.
  • the second electrical machine 24 is non-rotatably connected to the intermediate shaft 36 via a second machine gear set 58.
  • the second machine wheel set 58 has a second machine pinion 60 which is connected to a rotor of the second electrical machine 24 in a rotationally fixed manner.
  • the second machine pinion 60 is directly or via an inter mediate gear with a fixed gear 62 of the second machine gear set 58 in engagement.
  • the fixed gear 62 is connected to the intermediate shaft 36 in a rotationally fixed manner.
  • the second electric machine 24 extends in the axial direction starting from the second machine gear set 58 in the direction of the end of the transmission 16 on which the gear set 46 for the forward gear stage 4 is arranged, i.e. preferably towards the end of the axially opposite the internal combustion engine 12 Transmission 16.
  • the second electrical machine 24 is preferably axially overlapping. at least with the first sub-transmission 26, possibly also with the second sub-transmission 28.
  • the electrical machines 22, 24 preferably overlap in the axial direction Rich.
  • the bridge coupling E connects the partial transmissions 26, 28 by connecting the idler gears of the gear sets 42, 44 to one another.
  • the output shaft 30 is connected to an output pinion 64, which is part of an output gear set 66. Via the output gear set 66, the differential 18 is driven, with means of which the drive power can be distributed to the driven wheels 20L, 20R.
  • the drive train 10 ' is preferably designed for front-transverse installation in a motor vehicle.
  • the drive train 10 ' is axially compact and provides a high level of variability with regard to internal combustion engine and electromotive driving modes. This is explained with reference to FIGS. 3, 4 and 5.
  • 4 and 5 are each shift tables which represent the state of shift elements of the drive train 10 'of FIG. 2 in different states or gear stages.
  • the shifting elements concerned are the separating clutch K0, the shaft clutch K1, the machine clutch K2, the shifting clutches A, B, C and D, and the bridge clutch E.
  • Fig. 3 shows the state of these switching elements in five different gear stages V1 to V5 in internal combustion engine operation.
  • the associated clutch A, B, C and D is connected.
  • the bridge coupling E is not closed in each case.
  • the separating clutch K0 and the machine clutch K2 are also closed in order to burn To be able to transmit drive power from the internal combustion engine 12 to the first input shaft 32.
  • the shaft clutch K1 is also closed in order to be able to transmit drive power from the internal combustion engine to the second input shaft 34.
  • a fifth forward gear stage V5 is set up as a winding gear stage.
  • the clutches KO, K2 are closed and drive power is transmitted to the first input shaft 32.
  • the clutch D for the forward gear stage 4 is closed, as is the bridge clutch E.
  • the shaft coupling K1 is open.
  • drive power flows (i) from the internal combustion engine via the clutches KO, K2 to the first input shaft 32, (ii) from there via the gear set 42 and the bridging coupling E to the gear set 44, and (iii) from the gear set 44 the second input shaft 34 to the gear set 46, which is switched by the closed clutch D, so that the drive power is transmitted from the gear set 46 to the output shaft 30, and (iv) from there to the differential 18.
  • the forward gear stage V5 has a higher (i.e. a longer) gear ratio than the regular forward gear stage V4.
  • drive power can be added or subtracted via the electric machines 22, 24, depending on the driving condition, the machines 22, 24 being able to work either as a motor or as a generator.
  • FIG. 4 shows a shift table for the shifting elements, specifically for three electromotoric gear steps E1.1, E1.2 and E1.3 for an electromotive ferry operation with means of the first electric machine 22.
  • gear E1.2 only the clutch B is closed, so that drive power is transmitted from the first electric machine 22 via the machine gear set 54 to the second input shaft 34, and from there via the switched wheel Set 44 on the output shaft 30.
  • the clutch D is engaged in gear stage E1.3, so that drive power is transmitted from the first electrical machine 22 via the machine gear set 54 and the gear set 46 for the regular forward gear stage 4 to the output shaft 30 becomes.
  • the gear stage E1.1 is designed as a winding gear stage. Here, the switching clutch A and the bridge clutch E are closed.
  • gear E1.1 power flows from the electric machine 22 and the first machine gear set 54 to the second input shaft 34, and from there via the gear set 44 and the bridge coupling E to the gear set 42. From the gear set 42, the drive power flows through the first input shaft 32 to the gear set 40, which is switched by means of the clutch A, so that the drive power is then transmitted to the output shaft 30.
  • the machine clutch K2 is open. In this state, the engine 12 can be switched off. In this case, the position of the separating clutch K0 is essentially irrelevant.
  • the separating clutch K0 can be closed and the internal combustion engine 12 can be started, for example by means of the second electrical machine 24, in order to then drive the second electrical machine 24 in the internal combustion engine mode so that it can generate electrical power for charging a battery generated.
  • serial operation consequently enables the battery to be fed by means of the second electric machine 24, while at the same time a purely electromotive ferry operation by means of the first electric machine 22 is set up.
  • Fig. 5 a switching table is shown, specifically for a purely electric motor Fähr operation using the second electric machine 24, which works as a motor in this case.
  • the shift table of FIG. 5 is, as can be easily seen, identical to the shift table of FIG. 3, with the exception that the separating clutch K0 in all of these Gear steps E2.1 (corresponding to V1) to E2.5 (corresponding to V5) is open and not closed as in the internal combustion engine ferry operation. In the gear steps E2.1 to E2.5, additional drive power can be provided by the first electric machine.
  • the clutches KO, K1, K2 and E and the shift clutches A, B, C, D are each preferably designed as non-synchronized or claw clutches. Synchronization can take place, depending on the mode of operation, by the first electrical machine 22 and / or the second electrical machine 24.
  • traction support can also be provided to prevent an interruption in traction.
  • the drive torque required for this can be provided by the first electrical machine 22 or by the second electrical machine 24 as required.
  • the shifting clutch B in the still inactive second sub-transmission 28 is shifted in preparation, possibly by means of synchronization by the first electrical machine 22.
  • the shaft coupling K1 can then be synchronized and closed, which ideally takes place in an overlapping manner with the opening of the clutch A, while the drive power of the internal combustion engine 12 is reduced.
  • the required torque can then already be provided via the first electrical machine 22.
  • the power of the internal combustion engine 12 is again Hochge and passed through the shaft coupling K1 to the gear set 44 for the forward gear stage 2 before.
  • the power of the first electrical machine 22 can be reduced in a corresponding manner.

Abstract

Getriebeanordnung (17) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34), mit einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine (24) und mit einer ersten Kupplung (K1), über die das erste und das zweite Eingangsglied (32, 34) miteinander verbindbar sind, wobei die zweite elektrische Maschine (24) über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.

Description

Getriebeanordnunq für einen Kraftfahrzeuqantriebsstranq und Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnunq
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugan triebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit ei nem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, und mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangs glied zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist.
Ein eine derartige Geriebeanordnung aufweisender Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraft fahrzeug ist aus dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 bekannt geworden.
Der bekannte Hybridantrieb beinhaltet ein automatisiertes Schaltgetriebe mit zwei Ein gangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle. Die erste Eingangswelle ist über eine Trennkupplung mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar und ist über eine erste Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle steht mit dem Rotor einer als Motor und als Generator betreibbaren ersten Elektromaschine in Triebverbindung und ist über eine zweite Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Trieb verbindung bringbar. Die Eingangswellen sind über ein einrückbares und ausrückbares Koppel-Schaltelement miteinander koppelbar. Zur Verbesserung der Betriebseigen schaften des Hybridantriebs ist eine als Motor und als Generator betreibbare zweite Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit der ersten Eingangswelle in Triebverbin dung steht. Mit dem Hybridantrieb sollen Gangwechsel in dem Schaltgetriebe auch im Elektrofahrbetrieb ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar sein.
Dabei können Gangkupplungen der Gangradsätze der ersten Gruppe bei geöffneter Trennkupplung und ausgerücktem Koppel-Schaltelement synchronisiert werden, und zwar mittels der zweiten Elektromaschine, so dass die Gangkupplungen als kosten günstige Klauenkupplungen ausgeführt sein können. Durch Öffnen der Trennkupplung kann der Verbrennungsmotor abgekoppelt werden, wobei Gangwechsel in dem Schalt- getriebe während eines Elektrofahrbetriebes ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar sind, indem die zweite Elektromaschine während des Gangwechsels ein Drehmoment abgibt und über einen geschalteten Gangradsatz auf die Ausgangswelle überträgt.
Die zweite Elektromaschine ist dabei bevorzugt als ein Starter-Generator ausgebildet, der leistungsschwächer als die erste Elektromaschine ausgelegt und nur kurzzeitig als Motor betreibbar ist. Ein mit diesem Antriebsstrang durch geführtes Schaltverfahren kann bei einem Gangwechsel in einem Elektrofahrbetrieb zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen, wobei die zweite Elektromaschine bei geöffnetem Kuppel-Schaltelement über einen eingelegten Gangradsatz der ersten Gruppe zumindest kurzzeitig ein Drehmo ment auf die Ausgangswelle überträgt.
In dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 sind zwei unterschiedliche Getriebe gezeigt. Bei einem Getriebe sind fünf Gangradsätze für Vorwärtsgangstufen und ein separater Gangradsatz für eine Rückwärtsgangstufe vorgesehen. In einer Alternative sind drei Gangradsätze für Vorwärtsgangstufen vorgesehen.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe, eine verbesserte Getriebeanordnung und ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern einer Getriebeanordnung anzugeben, wobei mittels der Getriebeanordnung eine höhere Spreizung erzielbar ist und/oder mehr unterschiedliche Fahrmodi realisierbar sind.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeug- antriebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit einem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Ein richtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem zweiten Eingangsglied verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Ma schine und mit einer ersten Kupplung, über die das erste und das zweite Eingangsglied miteinander verbindbar sind, wobei die zweite elektrische Maschine über eine zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist. Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Getrie beanordnung der erfindungsgemäßen Art, mit dem Schritt, die zweite Kupplung wäh rend eines Elektrofahrbetriebs mittels der ersten elektrischen Maschine in wenigstens einer Gangstufe zu öffnen.
Durch das Bereitstellen der zweiten Kupplung ist es möglich, in einem reinen Elektro- fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine das erste und das zweite Teilge triebe miteinander zu koppeln, um alternative Gangstufen zu realisieren, insbesondere derart, dass eine größere Spreizung realisiert werden kann.
Die Eingangsglieder der Getriebeanordnung sind vorzugsweise Eingangswellen, die zudem vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind.
Die Verbindung zwischen dem zweiten Eingangsglied und der ersten elektrischen Ma schine ist vorzugsweise eine drehfeste Verbindung, so dass das zweite Eingangsglied immer von der ersten elektrischen Maschine antreibbar ist, ohne eine Kupplung schlie ßen zu müssen. Vorzugsweise sind die Drehzahlen eines Rotors der ersten elektri schen Maschine und des zweiten Eingangsgliedes zu allen Betriebszeitpunkten propor tional zueinander.
Vorzugsweise ist das eine Teilgetriebe ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet, und das andere Teilgetriebe geraden Vorwärtsgangstufen.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das erste Teilgetriebe den ungeraden Vorwärts gangstufen zugeordnet ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn das erste Teilgetriebe genau zwei schaltbare Radsätze zur Einrichtung von zwei regulären Vorwärtsgangstufen bein haltet. Unter einer regulären Vorwärtsgangstufe wird vorliegend verstanden, dass Leis tung über genau einen der schaltbaren Gang-Radsätze der Getriebeanordnung fließt, und nicht über zwei Radsätze. Demzufolge ist von sämtlichen Schaltkupplungen, die um Schalten der Gang-Radsätze dienen, bei Einrichtung einer regulären Vorwärtsgang stufe nur eine einzelne Schaltkupplung geschlossen. Das zweite Teilgetriebe ist bei der obigen Ausführungsform vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet. Vorzugsweise weist das zweite Teilgetriebe genau zwei schaltbare Radsätze zur Einrichtung von zwei regulären Vorwärtsgangstufen auf.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Getriebeanordnung keinen Gang-Radsatz für ei ne Rückwärtsgangstufe beinhaltet, derart, dass ein verbrennungsmotorischer Betrieb keinen Rückfahrbetrieb ermöglicht.
Eine Ausgangswelle ist vorzugsweise parallel versetzt zu der ersten und/oder der zwei ten Eingangswelle angeordnet, also als Vorgelegewelle ausgebildet. Vorzugsweise ver binden die schaltbaren Gang-Radsätze des ersten Teilgetriebes das erste Eingangs glied in Form einer ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle. Vorzugsweise verbin den die schaltbaren Gang-Radsätze des zweiten Teilgetriebes das zweite Eingangs glied, vorzugsweise eine zweite Eingangswelle, mit der Ausgangswelle.
Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine sind vorzugsweise beide jeweils als Motor oder als Generator betreibbar.
Vorzugsweise sind die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Ma schine parallel zu Wellen der Getriebeanordnung ausgerichtet und über Stirnradsätze oder Umschlingungsgetriebe wie Ketten oder Zahnriemen mit einer zugeordneten Welle verbunden.
Ein Elektrofahrbetrieb kann mittels der ersten elektrischen Maschine über das erste Teilgetriebe eingerichtet werden, aber auch über das zweite Teilgetriebe, mit den schaltbaren Radsätzen des zweiten Teilgetriebes.
Bei geöffneter zweiter Kupplung ist es zudem möglich, in einem Elektrofahrbetrieb gleichzeitig die zweite elektrische Maschine bspw. mitttels eines Verbrennungsmotors anzutreiben, die dann als Generator arbeitet. Hierdurch kann ein serieller Betrieb bzw. eine Art Range-Extender-Betrieb eingerichtet werden, und zwar sowohl während eines Elektrofahrbetriebs als auch im Stillstand. Bei geöffneter zweiter Kupplung ist es ferner möglich, einen elektromotorischen Fährbe trieb bei geschlossener erster Kupplung mittels der ersten elektrischen Maschine und den Gang-Radsätzen des ersten Teilgetriebes einzurichten.
Bereits hierdurch kann die Spreizung im elektrischen Fährbetrieb ggf. erhöht werden.
Die erste Kupplung wird nachstehend auch als Wellenkupplung bezeichnet. Die zweite Kupplung wird nachstehend auch als Maschinenkupplung bezeichnet.
Ein mit der zweiten elektrischen Maschine verbundenes Eingangsglied der zweiten Kupplung (z.B eine Zwischenwelle) ist vorzugsweise über eine Trennkupplung mit ei nem Verbrennungsmotor verbindbar.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere für einen Flybrid-Antriebsstrang realisierbar, wobei ein Eingangsglied der Trennkupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden wird.
Unter einer Verbindung von zwei Gliedern kann vorliegend verstanden werden, dass die Glieder über eine Kupplung miteinander verbunden oder drehfest miteinander verbun den sind; unter einer drehfesten Verbindung von zwei Gliedern wird verstanden dass diese in allen Betriebszuständen zueinander proportionale Drehzahlen haben.
Eine Verbindung kann also sowohl geschlossen als auch geöffnet sein, so lange es zumindest möglich ist, dass in einem Betriebszustand ein Leistungsfluss über die Ver bindung stattfinden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ist es bevorzugt, wenn ein Leistungs fluss zwischen dem ersten Eingangsglied und einem Verbrennungsmotor nur dann möglich ist, wenn sowohl die Trennkupplung als auch die Maschinenkupplung ge schlossen sind. Die Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes werden vorzugsweise mittels Schaltelementen wie Schaltkupplungen geschaltet. Vorzugsweise sind jeweils zwei Schaltelemente zu einem Schaltkupplungspaket zusammengefasst, das mittels eines einzelnen Aktuators betätigbar ist.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn jedes Teilgetriebe genau ein derartiges Schalt kupplungspaket aufweist, mittels dessen die Gang-Radsätze des jeweiligen Teilgetrie bes alternativ in den Leistungsfluss schaltbar sind. Die Schaltkupplungspakete sind da bei vorzugsweise an der Ausgangswelle angeordnet.
Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung beinhaltet vorliegend immer zwei elektrische Maschinen, die vorzugsweise beide jeweils zur Einrichtung eines Elektrofahrbetriebes ausgelegt sind, also über eine hinreichende hohe Leistung verfügen.
Alternativ ist nur die erste elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges aus gelegt, und die zweite elektrische Maschine dient im Wesentlichen als Starter/Generator mit der Möglichkeit, Zugkraftunterstützung zu leisten, ähnlich wie bei dem Antriebs strang aus dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 , auf dessen Offenbarungsgehalt vorliegend vollumfänglich Bezug genommen wird.
Generell ist bei einer Realisierung eines Hybrid-Antriebsstranges mittels der erfin dungsgemäßen Getriebeanordnung ein rein verbrennungsmotorischer Betrieb über sämtliche Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes realisierbar. Ein rein elektrischer Fährbetrieb ist mittels der ersten elektrischen Maschine zumindest mit tels der Gang-Radsätze des zweiten Teilgetriebes realisierbar. Ein elektromotorischer Fährbetrieb ist mittels der zweiten elektrischen Maschine, sofern diese leistungsmäßig entsprechend ausgelegt ist, zumindest über sämtliche GangRadsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes realisierbar.
Es ist ein serieller bzw. Range-Extender-Betrieb möglich, bei dem während eines Elekt rofahrbetriebes mittels der ersten elektrischen Maschine eine Batterie des Antriebs stranges geladen wird, indem der Verbrennungsmotor bei geöffneter Maschinenkupp lung die zweite elektrische Maschine antreibt, die dann als Generator betrieben wird. Ein Boost-Betrieb, bei dem elektromotorische Leistung zu Verbrennungsmotorleistung hinzugefügt wird, ist sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine als auch mittels der zweiten elektrischen Maschine möglich.
Durch Öffnen der Trenn- und/oder der Maschinenkupplung ist auch ein Segelbetrieb realisierbar, bei dem eine Geschwindigkeit konstant gehalten wird, ausschließlich durch intermittierende Bereitstellung von elektromotorischer Leistung mittels der ersten nd/oder der zweiten elektrischen Maschine.
Vorzugsweise ist die erste elektrische Maschine auch als Generator betreibbar, um bei spielsweise in einem Schubbetrieb Bremsleistung bereitzustellen und hierdurch Leis tung zum Speisen einer Batterie zu rekuperieren.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Vorzugsweise ist die zweite elektrische Maschine mit einem Zwischenglied verbunden ist, das über eine Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist und das über die zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist.
Das Zwischenglied und die Eingangsglieder sind vorzugsweise als Wellen ausgebildet.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das das erste und das zweite Teilgetriebe über eine dritte Kupplung, die auch als Brückenkupplung bezeichnet wird, miteinander ver bindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe einrichten zu können.
Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Spreizung der Getriebeanordnung zu erhö hen, also das Verhältnis von maximaler zu minimaler Übersetzung im Vorwärtsfahrbe trieb.
Unter einer Windungsgangstufe wird verstanden, dass der Leistungsfluss hierbei so wohl über einen Gang-Radsatz des ersten Teilgetriebes als auch über einen Gang- Radsatz des zweiten Teilgetriebes fließt. Die Brückenkupplung ist bei Einrichtung einer Windungsgangstufe generell geschlossen, so dass eine drehfesteVerbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe eingerichtet wird. Generell ist es ferner so, dass eine Windungsgangstufe nur dann eingerichtet werden kann, wenn sowohl die Brückenkupplung als auch eine Schaltkupplung zum Schalten von einem der Gang- Radsätze des ersten oder des zweiten Teilgetriebes geschaltet wird. Im Gegensatz zur Einrichtung einer regulären Vorwärtsgangstufe werden also zwei Schaltelemente ge schlossen, um eine Windungsgangstufe einzurichten.
Vorzugsweise ist eine Windungsgangstufe eine elektrische Anfahrgangstufe, bei der im Elektrofahrbetrieb Leistung der ersten elektrischen Maschine von dem zweiten Teilge triebe über die Brückenkupplung auf das erste Teilgetriebe übertragen wird, wobei in dem ersten Teilgetriebe einer der Radsätze geschlossen ist, vorzugsweise ein Radsatz einer Anfahrgangstufe, wie der Vorwärtsgangstufe 1.
Die Windungsübersetzung, die mittels einer Windungsgangstufe eingerichtet ist, kann dabei eine kürzere Übersetzung sein als die Übersetzung der regulären Vorwärtsgang stufe 1.
Zum anderen ist es bevorzugt, wenn wenigstens eine Windungsgangstufe im rein ver brennungsmotorischen Fährbetrieb oder in einem Fährbetrieb unter Verwendung der zweiten elektrischen Maschine eingerichtet werden kann. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine Windungsgangstufe, bei der Leistung von dem ersten Teilgetriebe über die Brü ckenkupplung und über einen geschalteten Gang-Radsatz des zweiten Teilgetriebes fließt, eine höchste Vorwärtsgangstufe beinhaltet, deren Übersetzung länger ist als jene der höchsten regulären Vorwärtsgangstufe. Zum Einrichten dieser Windungsgangstufe wird vorzugsweise der Gang-Radsatz für die höchste Vorwärtsgangstufe in dem zwei ten Teilgetriebe geschaltet.
Die Brückenkupplung wird vorzugsweise ausschließlich dann geschlossen, wenn die Wellenkupplung geöffnet ist, und umgekehrt. Ein gleichzeitiges Schließen dieser Kupp lungen führt zu einem Blockieren des ersten Teilgetriebes und des zweiten Teilgetrie bes. Vorzugsweise ist dabei eine entsprechende Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die da für sorgt, dass entweder nur die Brückenkupplung oder nur die Wellenkupplung ge schlossen ist, ähnlich wie mittels einer solchen Sicherheitseinrichtung dafür gesorgt wird, dass nicht gleichzeitig zwei Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes geschaltet werden, wenn die Wellenkupplung und die Brückenkupplung geöffnet sind.
Die Brückenkupplung kann an beliebiger Stelle in der Getriebeanordnung angeordnet werden.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Brückenkupplung an einer Ausgangs welle angeordnet ist, die dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Brückenkupplung axial zwischen dem ersten Teilge triebe und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet ist.
Dabei ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Wellenkupplung axial zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet ist und/oder wenn die Wellen kupplung und die Brückenkupplung in einer Radialebene angeordnet sind bzw. axial miteinander ausgerichtet sind.
Generell ist eine Anbindung der elektrischen Maschinen an die Getriebeanordnung über beliebige Getriebemittel möglich, wie beispielsweise Umschlingungsgetriebe.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die erste elektrische Maschine über einen ersten Radsatz, der auch als erster Maschinen-Radsatz bezeichnet wird, mit dem zwei ten Eingangsglied verbunden ist und/oder wenn die zweite elektrische Maschine über einen zweiten Radsatz, der auch als zweiter Maschinen-Radsatz bezeichnet wird, mit einer Zwischenwelle verbunden ist.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Zwischenwelle koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied angeordnet ist. Die Zwischenwelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet, und zwar zumindest ab schnittsweise um die erste Eingangswelle und/oder um eine Antriebswelle herum, die mit einem Verbrennungsmotor drehfest verbunden ist.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist die Trennkupplung und/oder die zweite Kupplung und/oder die erste Kupplung koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied angeordnet.
Durch diese Maßnahme kann eine axial und/oder radial kompakte Bauweise realisiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgangswelle über einen Abtriebsradsatz mit ei nem Differential verbunden ist, wobei der Abtriebsradsatz und die zweite Kupplung vor zugsweise in einer Radialebene angeordnet bzw. axial miteinander ausgerichtet sind.
Die Getriebeanordnung insbesondere für einen Front-Quer-Einbau in einem Kraftfahr zeug ausgelegt. Wenn die Getriebeanordnung beispielsweise vorne in einem Kraftfahr zeug eingebaut ist, und zwar in einer Ausrichtung quer zu der Längsrichtung des Kraft fahrzeugs, kann Antriebsleistung über das Differential direkt auf angetriebene Vorderrä der übertragen werden. Das Gleiche gilt bei einem Heckantrieb entsprechend bei einem Einbau im Heck eines Fahrzeugs. Ferner ist es alternativ denkbar, die Ausgangswelle mit einer Kardanwelle zu verbinden, um bei einem Längseinbau der Getriebeanordnung beispielsweise ein Hinterachsdifferential anzutreiben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste und/oder das zweite Teilgetriebe jeweils genau zwei Gang-Radsätze auf, die regulären Vorwärts gangstufen zugeordnet sind.
Folglich kann beispielsweise ein Vorwärtsfahrbetrieb in vier, vorzugsweise fünf (davon eine Windungsgangstufe) oder sogar sechs (davon zwei Windungsgangstufen, ein schließlich einer sehr kurzen Anfahrgangstufe bzw.”Crawler"-Gangstufe) realisiert wer den. Insgesamt ist es auch vorteilhaft, wenn Übersetzungen der Gang-Radsätze des ersten und/oder des zweiten Teilgetriebes so aufeinander abgestimmt sind, dass eine erste Vorwärts-Windungsgangstufe eine kürzere Übersetzung aufweist als alle Gang- Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder so, dass eine zweite Vorwärts-Windungsgangstufe eine län gere Übersetzung aufweist als alle GangRadsätze des ersten und des zweiten Teilge triebes, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
Insgesamt kann folglich die Spreizung der Getriebeanordnung deutlich erhöht werden.
Gemäß einer weiteren, insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist bzw. sind die Trennkupplung, die zweite Kupplung, die erste Kupplung, die dritte Kupplung und/oder wenigstens eine Schaltkupplung zum Schalten eines Gang-Radsatzes der Gang- Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes als nicht-synchronisierte Kupplung bzw. als Klauenkupplung ausgebildet.
Eine Synchronisierung von Eingangsglied und Ausgangswelle der Kupplungen kann jeweils insbesondere durch die erste und/oder die zweite elektrische Maschine erfolgen.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit einem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine zwei te Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gang stufen aufweist, mit einer ersten Kupplung, über die das erste und das zweite Ein gangsglied miteinander verbindbar sind, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem zweiten Eingangsglied verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit dem ersten Eingangsglied verbunden ist oder die über eine zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist, und mit einer dritten Kupplung, über die das erste und das zweite Teilgetriebe miteinander verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe einrichten zu können. Dieser Aspekt der Erfindung ist unabhängig von dem o.g. ersten Aspekt, bei dem die zweite elektrische Maschine über eine zweite Kupplung (Maschinenkupplung) mit dem ersten Eingangsglied verbunden ist.
Bevorzugt wird der zweite Aspekt der Erfindung jedoch mit dem ersten Aspekt kombi niert.
Mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, die vorzugsweise sowohl eine Maschi nenkupplung als auch eine Brückenkupplung beinhaltet, kann ein sogenannter serieller Betrieb eingerichtet werden (der oben auch als Range-Extender-Betrieb bezeichnet wurde), bei dem ein Elektrofahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine einge richtet ist, und zwar unter Nutzung sowohl der Radsätze des zweiten als auch des ers ten Teilgetriebes und/oder unter Nutzung einer Windungsgangstufe, bei geschlossener Brückenkupplung. Bei dem seriellen Betrieb wird dabei eine zweite elektrische Maschi ne von den Teilgetrieben insgesamt abgekoppelt, so dass bei geschlossener Trenn kupplung der Verbrennungsmotor betrieben werden kann, um die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb betreiben zu können, um eine Batterie des Antriebs stranges zu laden.
Der serielle Betrieb kann insbesondere bei hohem Fahrwiderstand eingerichtet werden, wenn elektromotorisch mittels der ersten elektrischen Maschine gefahren werden soll.
Sofern in einem Elektrofahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine ein sehr kurzer Gang nach der Art eines Windungsganges eingerichtet ist, ist ein Übergang in einen verbrennungsmotorischen Fährbetrieb in der regulären Vorwärtsgangstufe 1 mög lich, wenn die Maschinenkupplung geschlossen wird. Anschließend kann der Verbren nungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine die Zugkraft stützen, und die Brückenkupplung kann geöffnet werden, wobei die erste elektrische Maschine last frei wird. Anschließend kann die erste elektrische Maschine ein Schaltelement für die zweite Vorwärtsgangstufe synchronisieren und im dann inaktiven Teilgetriebe schalten, um ausgehend von dem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb in der ersten Vorwärts gangstufe anschließend direkt in die Vorwärtsgangstufe 2 schalten zu können. Dabei stützt die erste elektrische Maschine die Zugkraft und kann den Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine lastfrei schalten.
Im Hybridbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges verwendet wird und ggf. Antriebsleistung elektromotorischer Art nach Bedarf beigesteu ert wird (zum Boosten oder zum Rekuperieren), kann die zweite elektrische Maschine Synchronisationen an den Schaltelementen unterstützen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläu ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Hybrid-Antriebs- stranges für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahr zeug;
Fig. 3 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der Fig. 2 in einem rein verbrennungsmotorischen Fährbetrieb;
Fig. 4 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der Fig. 2 in einem rein elektromotorischen Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine; und
Fig. 5 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der Fig. 2 in einem rein elektromotorischen Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
Der Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine Kupplungsanordnung 14 mit einer Reihe von Kupplun
gen K0, K1 , K2. Der Antriebsstrang 10 weist ferner ein Getriebe 16 auf, das gemeinsam mit der Kupplungsanordnung 14 Teil einer Getriebeanordnung 17 ist. Ein Ausgang des Getriebes 16 ist mit einem Differential 18 verbunden (oder einer anderen Leistungsver zweigungseinrichtung), mittels dessen Antriebsleistung auf angetriebene Rä
der 20L, 20R des Kraftfahrzeuges verteilbar ist.
Die Getriebeanordnung 17 weist ferner eine erste elektrische Maschine 22 und eine zweite elektrische Maschine 24 auf.
Das Getriebe 16 beinhaltet ein erstes Teilgetriebe 26, das vorzugsweise den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist, und ein zweites Teilgetriebe 28, das vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
Ein gemeinsames Ausgangsglied der zwei Teilgetriebe 26, 28 kann durch eine Aus gangswelle 30 gebildet sein.
Das Teilgetriebe 26 weist ein erstes Eingangsglied in Form einer ersten Eingangswel le 32 auf. Das zweite Teilgetriebe 28 weist ein zweites Eingangsglied in Form einer zweiten Eingangswelle 34 auf.
Die erste elektrische Maschine 22 ist mit der zweiten Eingangswelle 34 drehfest ver bunden. Die zweite elektrische Maschine 24 ist mit einem Zwischenglied verbunden, das vorzugsweise als Zwischenwelle 36 implementiert ist.
Die Zwischenwelle 36 ist über eine Trennkupplung K0 der Kupplungsanordnung 14 mit dem Verbrennungsmotor 12 verbindbar. Ferner ist die Zwischenwelle 36 über eine Ma schinenkupplung K2 der Kupplungsanordnung 14 mit der ersten Eingangswelle 32 ver bindbar. Die erste Eingangswelle 32 und die zweite Eingangswelle 34 sind über eine Wellenkupplung K1 miteinander verbindbar. Ferner sind das erste Teilgetriebe 26 und das zweite Teilgetriebe 28 über eine Brückenkupplung E miteinander verbindbar.
Die Verbindung mittels der o.g. Kupplungen ist derart, dass die miteinander verbunde nen Glieder bei jeweiliger geöffneter Kupplung voneinander entkoppelt sind. Bei ge schlossener Kupplung sind die jeweiligen Glieder miteinander drehfest verbunden, der art, dass sie mit proportionalen Drehzahlen drehen.
Die Kupplungen KO, K1 , K2 sind Teil der Kupplungsanordnung 14 und sind mittels je weiliger Aktuatoren individuell und unabhängig voneinander schaltbar. Die Brücken kupplung E ist Teil des Getriebes 16 und ist ebenfalls mittels eines separaten Aktuators schaltbar.
Mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10 lassen sich im Wesentlichen folgende Fahrmodi ein richten: ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetreb, ein rein elektromotorischer Fähr betrieb, oder ein Flybridbetreb (Boost-Betrieb oder Rekuperationsbetrieb). Im verbren nungsmotorischen Fahrbetriebwird Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 ent weder über die Trennkupplung KO und die Maschinenkupplung K2 sowie über die erste Eingangswelle 32 und das erste Teilgetriebe 26 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird. Oder die Antriebsleistung wird über die Trennkupplung KO, die Maschinenkupp lung K2, über die Wellenkupplung K1 , sowie über die zweite Eingangswelle 34 und das zweite Teilgetriebe 28 auf die Ausgangswelle 30 übertragen.
In einer bevorzugten Variante kann eine Vorwärtsgangstufe in dem verbrennungsmoto rischen Betrieb durch eine sogenannte Windungsgangstufe eingerichtet werden, wobei Leistung beispielsweise über die erste Eingangswelle 32 zunächst in das erste Teilge triebe 26 zugeführt wird, von dort über die geschlossene Brückenkupplung E in das zweite Teilgetriebe 28, und von dort auf die Ausgangswelle 30. Die Wellenkupplung K1 ist hierbei geöffnet.
Bei dem Hybrid-Fahrbetrieb wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 24 in einem sogenannten "Boost"- Fahrbetrieb bereit gestellt oder es wird Leistung durch Rekuperieren in diese einge- speist. Im ersteren Fall wird die jeweilige elektrische Maschine als Motor betrieben. Im zweitgenannten Fall wird die jeweilige elektrische Maschine als Generator betrieben.
Ferner ist ein rein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Ma schine 22 einrichtbar. Hierbei werden im Wesentlichen die Gangstufen des zweiten Teilgetriebes genutzt, so dass Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 22 über die zweite Eingangswelle 34 und das zweite Teilgetriebe 38 auf die Ausgangswel le 30 übertragen wird.
Bei geöffneter Maschinenkupplung K2 ist es jedoch auch möglich, Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 über die geschlossene Wellenkupplung K1 und die erste Eingangswelle 32 auf das erste Teilgetriebe 26 und dann auf die Ausgangswel le 30 zu führen.
Ferner ist auch in diesem rein elektromotorischen Fährbetrieb eine Windungsgangstufe einrichtbar, wobei bei geöffneter Wellenkupplung K1 Antriebsleistung der ersten elektri schen Maschine 22 über die zweite Eingangswelle 34 in das zweite Teilgetriebe 28 ein geleitet wird, von dort über die Brückenkupplung E in das erste Teilgetriebe 26 und von dort auf die Ausgangswelle 30.
Schließlich ist bei geeigneter Auslegung der zweiten elektrischen Maschine 24 auch ein rein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine 24 ein richtbar. Hierbei können sämtliche Gangstufen eingelegt werden wie beim verbren nungsmotorischen Fährbetrieb. Die Trennkupplung K0 ist hierbei jedoch geschlossen, um den Verbrennungsmotor 12 nicht mitschleppen zu müssen.
Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 und der zweiten elektrischen Ma schine 24 kann auch in bestimmten Fahrmodis aufaddiert werden, um einen elektromo torischen Fährbetrieb mit maximaler Leistung einzurichten.
Ferner ist mittels des Antriebsstranges 10 auch ein sogenannter serieller Betrieb bzw. ein Range-Extender-Betrieb einrichtbar. Hierbei wird mittels der ersten elektrischen Maschine 22 ein rein elektrischer Fährbe trieb eingerichtet, wie oben beschrieben. Die Maschinenkupplung K2 wird geöffnet. In diesem Fall kann bei geschlossener Trennkupplung KO Antriebsleistung des Verbren nungsmotors auf die zweite elektrische Maschine 24 geführt werden, um diese im Ge neratorbetrieb zu betreiben und eine Batterie zu laden. Vorzugsweise entnimmt die ers te elektrische Maschine 22 während dieses seriellen Betriebs elektrische Leistung aus derselben Batterie, in die die zweite elektrische Maschine 24 elektrische Energie ein speist.
Nachstehend wird ein weiterer Hybrid-Antriebsstrang 10' für ein Kraftfahrzeug beschrie ben, der hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekenn zeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
Die Darstellung des Hybrid-Antriebsstranges 10' der Fig. 2 ist als Getriebeschema (im Gegensatz zu dem Leistungsfluss-Schema der Fig. 1 ) ausgeführt. Es ist zunächst zu erkennen, dass die erste Eingangswelle 32 und die zweite Eingangswelle 34 als kon zentrische Wellen angeordnet sind, wobei die zweite Eingangswelle 34 als Hohlwelle um die erste Eingangswelle 32 herum ausgebildet ist. Die Wellenkupplung K1 ist in axi aler Richtung zwischen dem ersten Teilgetriebe 26 und dem zweiten Teilgetriebe 28 konzentrisch zu den Eingangswellen 26. 28 angeordnet.
Auf der axial gegenüberliegenden Seite des ersten Teilgetriebes 26 (Eingangsseite) ist die erste Eingangswelle 32 über die Maschinenkupplung K2 mit der Zwischenwelle 36 verbunden, die als Hohlwelle um die erste Eingangswelle 32 herum ausgebildet ist. Die Zwischenwelle 36 ist ferner koaxial zu einem Antriebsglied der Trennkupplung K0 an geordnet, das eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Vorzugsweise sind die Antriebswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 12, die Trennkupplung K0, die Zwischenwelle 36 und die Maschinenkupplung K2 konzentrisch zu der ersten Eingangswelle 32 angeordnet.
Die Brückenkupplung E ist in axialer Richtung zwischen dem ersten Teilgetriebe 26 und dem zweiten Teilgetriebe 28 angeordnet, und zwar konzentrisch zu der Ausgangswel- le 30. Die Brückenkupplung E ist folglich axial mit der Wellenkupplung K1 ausgerichtet. Mit anderen Worten liegen die Kupplungen E und K1 in einer Radialebene.
Das erste Teilgetriebe 26 weist einen Radsatz 40 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 1 sowie einen Radsatz 42 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 3 auf. Die Radsätze 40, 42 beinhalten jeweils ein Festrad, das mit der ersten Eingangswelle 32 verbunden ist, so wie ein Losrad, das an der Ausgangswelle 30 drehbar gelagert ist.
In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 28 einen Radsatz 44 für die re guläre Vorwärtsgangstufe 2 auf, sowie einen Radsatz 46 für die reguläre Vorwärts gangstufe 4.
Auch die Radsätze 44, 46 weisen jeweils ein Festrad auf, das in diesem Fall drehfest mit der zweiten Eingangswelle 34 verbunden ist, sowie ein Losrad, das drehbar an der Ausgangswelle 30 gelagert ist.
Das erste Teilgetriebe 26 weist ein erstes Schaltkupplungspaket 48 mit einer ersten Schaltkupplung A und einer zweiten Schaltkupplung C auf, die alternativ mittels eines Aktuators des ersten Schaltkupplungspaketes 48 schaltbar sind. Die Schaltkupplung A dient zum Schalten des Radsatzes 40, folglich zum Einlegen der regulären Vorwärts gangstufe 1. Die Schaltkupplung C dient zum Schalten des Radsatzes 42, mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 3.
In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 28 ein zweites Schaltkupplungs paket 50 mit einer Schaltkupplung B und einer Schaltkupplung D auf, die alternativ mitt les eines weiteren Aktuators schaltbar sind. Die Schaltkupplung E dient zum Schalten des Radsatzes 44 und mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 2. Die Schaltkupplung D dient zum Schalten des Radsatzes 46 und mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 4.
Das erste Schaltkupplungspaket 48 und das zweite Schaltkupplungspaket 50 sind vor zugsweise koaxial zu der Ausgangswelle 30 angeordnet. Das erste Schaltkupplungspa- ket 48 ist in axialer Richtung zwischen den Radsätzen 40, 42 angeordnet. Das zweite Schaltkupplungspaket 50 ist axial zwischen den Radsätzen 44, 46 angeordnet.
Die erste elektrische Maschine 32 ist achsparallel zu den Wellen der Teilgetriebe 26, 28 angeordnet und ist über einen ersten Maschinenradsatz 54 mit der zweiten Eingangs welle 34 drehfest verbunden. Der erste Maschinenradsatz 54 weist ein erstes Maschi nenritzel 56 auf, das drehfest mit einem Rotor der ersten elektrischen Maschine 22 ver bunden ist und das direkt, oder über ein Zwischenzahnrad, mit dem Festrad des Rad satzes 46 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 4 in Eingriff steht. Der erste Maschinen radsatz 54 ist folglich gebildet durch das Maschinenritzel 56, ggf. ein Zwischenrad, und das Festrad des Radsatzes 46. Alternativ könnte das erste Maschinenritzel 56 auch an den Radsatz 44 angebunden werden, auf die gleiche Art und Weise.
Der Radsatz 46 für die Vorwärtsgangstufe 4 ist an einem axialen Ende des Getrie bes 16 angeordnet, genauer an dem dem Verbrennungsmotor 12 axial gegenüberlie genden Ende. Die erste elektrische Maschine 22 erstreckt sich in axialer Richtung vor zugsweise ausgehend von dem ersten Maschinenradsatz 54 in Richtung hin zu der Eingangsseite des Getriebes 16. Die erste elektrische Maschine 22 ist folglich axial überschneidend mit den Teilgetrieben 26, 28 angeordnet.
Die zweite elektrische Maschine 24 ist über einen zweiten Maschinenradsatz 58 mit der Zwischenwelle 36 drehfest verbunden. Der zweite Maschinenradsatz 58 weist ein zwei tes Maschinenritzel 60 auf, das drehfest mit einem Rotor der zweiten elektrischen Ma schine 24 verbunden ist. Das zweite Maschinenritzel 60 steht direkt oder über ein Zwi schenzahnrad mit einem Festrad 62 des zweiten Maschinenradsatzes 58 in Eingriff.
Das Festrad 62 ist drehfest mit der Zwischenwelle 36 verbunden.
Die zweite elektrische Maschine 24 erstreckt sich in axialer Richtung ausgehend von dem zweiten Maschinenradsatz 58 in Richtung hin zu dem Ende des Getriebes 16, an dem der Radsatz 46 für die Vorwärtsgangstufe 4 angeordnet ist, also vorzugsweise hin zu dem dem Verbrennungsmotor 12 axial gegenüberliegenden Ende des Getriebes 16. Dabei ist die zweite elektrische Maschine 24 vorzugsweise axial überschneidend zu- mindest mit dem ersten Teilgetriebe 26, ggf. auch mit dem zweiten Teilgetriebe 28 an geordnet.
Die elektrischen Maschinen 22, 24 überschneiden sich vorzugsweise in axialer Rich tung.
Die Brückenkupplung E verbindet die Teilgetriebe 26, 28, indem sie die Losräder der Radsätze 42, 44 miteinander verbindet.
Auf der dem Verbrennungsmotor 12 zugewandten Seite des ersten Teilgetriebes 26 ist die Ausgangswelle 30 mit einem Abtriebsritzel 64 verbunden, das Teil eines Abtriebs radsatzes 66 ist. Über den Abtriebsradsatz 66 wird das Differential 18 angetrieben, mit tels dessen Antriebsleistung auf die angetriebenen Räder 20L, 20R verteilbar ist.
Der Antriebsstrang 10' ist vorzugsweise für den Front-Quer-Einbau in einem Kraftfahr zeug ausgelegt. Der Antriebsstrang 10' baut axial kompakt und stellt eine hohe Variabi lität hinsichtlich verbrennungsmotorischer und elektromotorischer Fahrmodi bereit. Dies wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 5 erläutert.
Die Fig. 3, 4 und 5 sind jeweils Schalttabellen, die den Zustand von Schaltelementen des Antriebsstranges 10' der Fig. 2 in verschiedenen Zuständen bzw. Gangstufen dar stellen. Die betroffenen Schaltelemente sind dabei die Trennkupplung K0, die Wellen kupplung K1 , die Maschinenkupplung K2, die Schaltkupplungen A, B, C und D, sowie die Brückenkupplung E.
Fig. 3 zeigt dabei den Zustand dieser Schaltelemente in fünf unterschiedlichen Gang stufen V1 bis V5 im verbrennungsmotorischen Betrieb.
Für die ersten vier Vorwärtsgangstufen V1 -V4 ist jeweils die zugehörige Schaltkupp lung A, B, C bzw. D geschaltet. Die Brückenkupplung E ist hierbei jeweils nicht ge schlossen. In sämtlichen dieser ersten vier Vorwärtsgangstufen V1 bis V4 sind zudem die Trennkupplung K0 und die Maschinenkupplung K2 geschlossen, um verbren- nungsmotorische Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor 12 auf die erste Ein gangswelle 32 übertragen zu können.
In den Vorwärtsgangstufen V2, V4 des zweiten Teilgetriebes 28 ist zudem die Wellen kupplung K1 geschlossen, um verbrennungsmotorische Antriebsleistung auf die zweite Eingangswelle 34 übertragen zu können.
Eine fünfte Vorwärtsgangstufe V5 ist als Windungsgangstufe eingerichtet. Hierbei sind die Kupplungen KO, K2 geschlossen, und Antriebsleistung wird auf die erste Eingangs welle 32 übertragen. Ferner sind ist die Schaltkupplung D für die Vorwärtsgangstufe 4 geschlossen, sowie die Brückenkupplung E. Die Wellenkupplung K1 ist geöffnet. Hier bei fließt Antriebsleistung (i) von dem Verbrennungsmotor über die Kupplungen KO, K2 auf die erste Eingangswelle 32, (ii) von dort über den Radsatz 42 und die Brückenkupp lung E auf den Radsatz 44, und (iii) von dem Radsatz 44 über die zweite Eingangswelle 34 auf den Radsatz 46, der durch die geschlossene Schaltkupplung D geschaltet ist, so dass die Antriebsleistung von dem Radsatz 46 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird, und (iv) von dort auf das Differential 18.
Die Vorwärtsgangstufe V5 weist eine höhere (also eine längere) Übersetzung auf als die reguläre Vorwärtsgangstufe V4.
In den verbrennungsmotorischen Gangstufen V1 bis V5 kann jeweils Antriebsleistung über die elektrischen Maschinen 22, 24 hinzugefügt oder abgezogen werden, je nach Fahrzustand, wobei die Maschinen 22, 24 insoweit entweder als Motor oder als Genera tor arbeiten können.
In Fig. 4 ist eine Schalttabelle der Schaltelemente gezeigt, und zwar für drei elektromo torische Gangstufen E1.1 , E1.2 und E1.3 für einen elektromotorischen Fährbetrieb mit tels der ersten elektrischen Maschine 22.
In der Gangstufe E1.2 ist nur die Schaltkupplung B geschlossen, so dass Antriebsleis tung von der ersten elektrischen Maschine 22 über den Maschinenradsatz 54 auf die zweite Eingangswelle 34 übertragen wird, und von dort über den geschalteten Rad- satz 44 auf die Ausgangswelle 30. Entsprechend ist in der Gangstufe E1.3 die Schalt kupplung D geschaltet, so dass Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschi ne 22 über den Maschinenradsatz 54 und den Radsatz 46 für die reguläre Vorwärts gangstufe 4 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird.
Die Gangstufe E1.1 ist als Windungsgangstufe ausgebildet. Hierbei sind die Schalt kupplung A und die Brückenkupplung E geschlossen.
In der Gangstufe E1.1 fließt Leistung von der elektrischen Maschine 22 und dem ersten Maschinenradsatz 54 auf die zweite Eingangswelle 34, und von dort über den Rad satz 44 und die Brückenkupplung E auf den Radsatz 42. Von dem Radsatz 42 fließt die Antriebsleistung über die erste Eingangswelle 32 auf den Radsatz 40, der mittels der Schaltkupplung A geschaltet ist, so dass die Antriebsleistung dann auf die Ausgangs welle 30 übertragen wird.
In sämtlichen dieser drei elektromotorischen Gangstufen E1.1 -E1.3 ist die Maschinen kupplung K2 geöffnet. In diesem Zustand kann der Verbrennungsmotor 12 ausgeschal tet sein. In diesem Fall ist die Stellung der Trennkupplung K0 im Wesentlichen egal. Alternativ hierzu kann die Trennkupplung K0 geschlossen werden und der Verbren nungsmotor 12 kann, beispielsweise mittels der zweiten elektrischen Maschine 24, ge startet werden, um anschließend im verbrennungsmotorischen Fährbetrieb die zweite elektrische Maschine 24 anzutreiben, damit diese im Generatorbetrieb elektrische Leis tung zum Laden einer Batterie erzeugt. Dieser sogenannte serielle Betrieb ermöglicht folglich ein Speisen der Batterie mittels der zweiten elektrischen Maschine 24, während gleichzeitig ein rein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Ma schine 22 eingerichtet wird.
In Fig. 5 ist eine Schalttabelle gezeigt, und zwar für einen rein elektromotorischen Fähr betrieb unter Nutzung der zweiten elektrischen Maschine 24, die in diesem Fall als Mo tor arbeitet.
Die Schalttabelle der Fig. 5 ist, wie es leicht zu erkennen ist, identisch zu der Schaltta belle der Fig. 3, mit der Ausnahme, dass die Trennkupplung K0 in sämtlichen diesen Gangstufen E2.1 (entsprechend V1 ) bis E2.5 (entsprechend V5) geöffnet ist und nicht geschlossen wie beim verbrennungsmotorischen Fährbetrieb. In den Gangstufen E2.1 bis E2.5 kann zusätzliche Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine bereit gestellt werden.
Die Kupplungen KO, K1 , K2 und E sowie die Schaltkupplungen A, B, C, D sind jeweils vorzugsweise als nicht-synchronisierte bzw. Klauenkupplungen ausgebildet. Ein Syn chronisieren kann, je nach Betriebsweise, durch die erste elektrische Maschine 22 und/oder die zweite elektrische Maschine 24 erfolgen.
Bei Gangwechseln im verbrennungsmotorischen Betrieb kann zudem eine Zugkraftun terstützung bereitgestellt werden, um eine Zugkraftunterbrechung zu verhindern. Das hierfür erforderliche Antriebsdrehmoment kann je nach Bedarf von der ersten elektri schen Maschine 22 oder von der zweiten elektrischen Maschine 24 bereitgestellt wer den.
Bei einem Gangwechsel von V1 nach V2 wird in der Regel folgendes Prozedere durch geführt. Zunächst wird vorbereitend die Schaltkupplung B in dem noch inaktiven zwei ten Teilgetriebe 28 geschaltet, ggf. mittels Synchronisierung durch die erste elektrische Maschine 22.
Anschließend kann die Wellenkupplung K1 synchronisiert und geschlossen werden, was im Idealfall überschneidend mit dem Öffnen der Schaltkupplung A erfolgt, während die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 abgesenkt wird. Das erforderliche Drehmoment kann dann bereits über die erste elektrische Maschine 22 bereitgestellt werden. Anschließend wird die Leistung des Verbrennungsmotors 12 wieder hochge fahren und über die Wellenkupplung K1 auf den geschalteten Radsatz 44 für die Vor wärtsgangstufe 2 geführt. In entsprechender weise kann die Leistung der ersten elektri schen Maschine 22 zurückgefahren werden.
Aus dem oben beschriebenen seriellen Betrieb, bei dem ein Fährbetrieb in der elektri schen Vorwärtsgangstufe E1.1 unter Verwendung der Brückenkupplung E durchgeführt wird, ist ein Übergang in die Gangstufe V1 möglich, wenn man zunächst die Kupp- lung K2 schließt. Dann kann der Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektri schen Maschine 24 die Zugkraft stützen, und es kann die Brückenkupplung E geschlos sen werden, wobei die erste elektrische Maschine 22 lastfrei ist. Die erste elektrische Maschine 22 kann dann das Schaltelement B synchronisieren, so dass die Schaltkupp lung B geschlossen werden kann. Hierdurch wird für die erste elektrische Maschine der Gang E1 .2 wirksam geschaltet. Hierdurch kann die erste elektrische Maschine die Zug kraft stützen und den Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Ma schine 24 lastfrei schalten, z.B. in die Vorwärtsgangstufe V2 (durch Öffnen von der Schaltkupplung A und Schließen von der Wellenkupplung K1 ). Dabei bleibt die Maschi nenkupplung K2 stets geschlossen.
Bezuqszeichen
10 Antriebsstrang
12 Verbrennungsmotor
14 Kupplungsanordnung
16 Getriebe
17 Getriebeanordnung
18 Differential
20L, 20R angetriebene Räder
22 erste elektrische Maschine
24 zweite elektrische Maschine
26 erstes Teilgetriebe
28 zweites Teilgetriebe
30 Ausgangswelle
32 erstes Eingangsglied (erste Eingangswelle)
34 zweites Eingangsglied (zweite Eingangswelle)
36 Zwischenglied (Zwischenwelle)
40 Gang-Radsatz für V1
42 Gang-Radsatz für V3
44 Gang-Radsatz für V2
46 Gang-Radsatz für V4
48 erstes Schaltkupplungspaket
50 zweites Schaltkupplungspaket
54 erster Radsatz (erster Maschinenradsatz)
56 erstes Maschinenritzel
58 zweiter Radsatz (zweiter Maschinenradsatz)
60 zweites Maschinenritzel
62 Festrad von 58
64 Abtriebsritzel
66 Abtriebsradsatz
A, C Schaltkupplungen von 48
B, D Schaltkupplungen von 50
KO Trennkupplung K1 erste Kupplung (Wellenkupplung)
K2 zweite Kupplung (Maschinenkupplung)
E dritte Kupplung (Brückenkupplung)

Claims

Patentansprüche
1. Getriebeanordnung (17) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit
- einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34),
- einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrich tung einer Anzahl von Gangstufen aufweist,
- einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrich tung einer Anzahl von Gangstufen aufweist,
- einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist,
- einer zweiten elektrischen Maschine (24), und
- einer ersten Kupplung (K1 ), über die das erste und das zweite Eingangsglied (32, 34) miteinander verbindbar sind,
wobei die zweite elektrische Maschine (24) über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 , wobei die zweite elektrische Maschine (24) mit einem Zwischenglied (36) verbunden ist, das über eine Trennkupplung (KO) mit einem Verbrennungsmotor (12) verbindbar ist und das über die zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.
3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste und das zweite Teil getriebe (26, 28) über eine dritte Kupplung (E) miteinander verbindbar sind, um we nigstens eine Windungsgangstufe (V5, E1.1 , E2.5) einrichten zu können.
4. Getriebeanordnung nach Anspruch 3, wobei die dritte Kupplung (E) an einer Aus gangswelle (30) angeordnet ist, die dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe (26,
28) zugeordnet ist.
5. Getriebeanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die dritte Kupplung (E) axial zwischen dem ersten Teilgetriebe (26) und dem zweiten Teilgetriebe (28) angeordnet ist.
6. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Kupp lung (K1 ) axial zwischen dem ersten Teilgetriebe (26) und dem zweiten Teilgetrie be (28) angeordnet ist und/oder wobei die erste Kupplung (K1 ) und die dritte Kupp lung (E) in einer Ebene angeordnet sind.
7. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste elektrische Maschine (22) über einen ersten Radsatz (54) mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist und/oder wobei die zweite elektrische Maschine (24) über einen zwei ten Radsatz (58) mit einer Zwischenwelle (36) verbunden ist.
8. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 2 - 7, wobei die Zwischenwelle (36) koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied (32, 34) angeordnet ist.
9. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Trennkupp lung (KO) und/oder die zweite Kupplung (K2) und oder die erste Kupplung (K1 ) koa xial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied (32, 34) angeordnet ist.
10. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Ausgangswel le (30) über einen Abtriebsradsatz (66) mit einem Differential (18) verbunden ist, wo bei der Abtriebsradsatz (66) und die zweite Kupplung (K2) vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind.
11. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste und/oder das zweite Teilgetriebe (26, 28) jeweils genau zwei Gang-Radsätze auf weist, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
12. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Übersetzun gen der Gang-Radsätze des ersten und/oder des zweiten Teilgetriebes (26, 28) so aufeinander abgestimmt sind, dass eine erste Vorwärts-Windungsgangstufe (E1.1 ) eine kürzere Übersetzung aufweist als alle Gang-Radsätze (40-44) des ersten und des zweiten Teilgetriebes (26, 28), die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder so, dass eine zweite Vorwärts-Windungsgangstufe (V5) eine längere Übersetzung aufweist als alle Gang-Radsätze (40-44) des ersten und des zweiten Teilgetriebes.
13. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Trennkupp lung (KO), die zweite Kupplung (K2), die erste Kupplung (K1 ), die dritte Kupplung (KK; E) und/oder wenigstens eine Schaltkupplung (A, B, C, D) zum Schalten eines Gang-Radsatzes der Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes als nicht-synchronisierte Kupplung bzw. als Klauenkupplung ausgebildet ist bzw. sind.
14. Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) mit
- einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34),
- einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrich tung einer Anzahl von Gangstufen aufweist,
- einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrich tung einer Anzahl von Gangstufen aufweist,
- einer ersten Kupplung (K1 ), über die das erste und das zweite Eingangs
glied (32, 34) miteinander verbindbar sind,
- einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist,
- einer zweiten elektrischen Maschine (24), die mit dem ersten Eingangsglied (32) verbunden ist oder die über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (32) verbindbar ist, und
- einer dritten Kupplung (E), über die das erste und das zweite Teilgetriebe miteinan der verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe (V1 , V6) einrichten zu können.
15. Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit dem Schritt, die zweite Kupplung (K2) während eines Elektrofahrbetriebs mittels der ersten elektrischen Maschine (22) in wenigstens einer Gangstufe zu öff nen.
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