DE102015221190A1

DE102015221190A1 - Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug mit der Getriebevorrichtung

Info

Publication number: DE102015221190A1
Application number: DE102015221190.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kufner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Bei Hybridfahrzeugen werden parallel oder abwechselnd ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor eingesetzt, um das Hybridahrzeug anzutreiben. Für diese Funktion wird das Antriebsdrehmoment des jeweiligen Motors auf die Antriebsräder geleitet. Eine andere Funktionalität betrifft das sogenannte Torque-Vectoring, welches dazu dient, gezielt ein Rad einer angetriebenen Achse mit einem höheren Antriebsdrehmoment als das andere Rad der gleichen angetriebenen Achse zu beaufschlagen, um die Fahrdynamik des Fahrzeugs zu beeinflussen. Es wird eine Getriebevorrichtung 1 für ein Fahrzeug 2 vorgeschlagen mit einer ersten Eingangsschnittstelle 8a zur Einleitung eines ersten Antriebsdrehmoments von einem Elektromotor 6, mit zwei Abtriebswellen 4a, b zur Ausgabe eines Abtriebsdrehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs 2, wobei die Getriebevorrichtung 1 in mindestens einen ersten Betriebszustand I und einen zweiten Betriebszustand TV schaltbar ist, wobei die Getriebevorrichtung 1 in dem ersten Betriebszustand I das erste Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen 4a, b leitet, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden, wobei die Getriebevorrichtung 1 in dem zweiten Betriebszustand TV das erste Antriebsdrehmoment als Torque-Vectoring-Drehmoment auf die zwei Abtriebswellen 4a, b verteilt, und mit einer Bremseinrichtung 9 zum Abbremsen der ersten Eingangsschnittstelle 8.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug mit einer ersten Eingangsschnittstelle zur Einleitung eines ersten Antriebsdrehmoments von einem Elektromotor, mit zwei Abtriebswellen zur Ausgabe eines Abtriebsdrehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs, wobei die Getriebevorrichtung in mindestens einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand schaltbar ist, wobei die Getriebevorrichtung in dem ersten Betriebszustand das erste Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen leitet, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden, und wobei die Getriebevorrichtung in dem zweiten Betriebszustand das erste Antriebsdrehmoment als Torque-Vectoring-Drehmoment auf die zwei Abtriebswellen (4a, b) verteilt, Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit der Getriebevorrichtung.
Bei Hybridfahrzeugen werden parallel oder abwechselnd ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor eingesetzt, um das Hybridahrzeug anzutreiben. Für diese Funktion wird das Antriebsdrehmoment des jeweiligen Motors auf die Antriebsräder geleitet. Eine andere Funktionalität betrifft das sogenannte Torque-Vectoring, welches dazu dient, gezielt ein Rad einer Achse mit einem höheren Antriebsdrehmoment als das andere Rad der gleichen Achse zu beaufschlagen, um die Fahrdynamik des Fahrzeugs zu beeinflussen.
Bei Hybridfahrzeugen sind Entwicklungen bekannt geworden, wobei der gleiche Elektromotor sowohl zum Antrieb des Fahrzeugs als auch zur Bereitstellung eines Drehmoments für das Torque-Vectoring genutzt wird.
So offenbart die Druckschrift DE 10 2013 202 381 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, welche mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor wirkverbunden ist. Die Antriebsvorrichtung erlaubt unterschiedliche Schaltzustände, wobei der Elektromotor als Antriebsmotor oder alternativ hierzu als Torque-Vectoring-Motor genutzt werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welche die Funktionseigenschaften des Fahrzeugs verbessert. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Getriebevorrichtung, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. Insbesondere weist das Fahrzeug mindestens eine angetriebene Achse auf, die über die Getriebevorrichtung angetrieben wird.
Die Getriebevorrichtung weist eine erste Eingangsschnittstelle auf, welche mit einem Elektromotor wirkverbindbar und/oder wirkverbunden ist, sodass ein erstes Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor in die Getriebevorrichtung eingeleitet werden kann. Beispielsweise ist die erste Eingangsschnittstelle mit einer Rotorwelle des Elektromotors drehfest oder zumindest getriebetechnisch verbunden.
Die Getriebevorrichtung weist zwei Abtriebswellen auf, welche zur Ausgabe eines Abtriebsdrehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs ausgebildet sind. Das Abtriebsdrehmoment wird aus dem ersten Antriebsdrehmoment gebildet. Es kann optional vorgesehen sein, dass das erste Antriebsdrehmoment umgesetzt, insbesondere übersetzt oder untersetzt ist, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden.
Die Getriebevorrichtung ist in mindestens einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand schaltbar. Gegebenenfalls kann die Getriebevorrichtung in weitere Betriebszustände geschalten werden.
In dem ersten Betriebszustand wird das erste Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen geleitet, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden. In dem ersten Betriebszustand wirkt der Elektromotor als ein Antriebsmotor. Insbesondere bildet der erste Betriebszustand ein rein elektromotorisch fahrendes Fahrzeug ab. Das erste Antriebsdrehmoment wird im zeitlichen Mittel gleichmäßig auf die Abtriebswellen verteilt.
In dem zweiten Betriebszustand ist vorgesehen, dass die Getriebevorrichtung das erste Antriebsdrehmoment als ein Torque-Vectoring-Drehmoment auf die zwei Abtriebswellen verteilt. Insbesondere wird das erste Antriebsdrehmoment in einem frei wählbaren Verhältnis und/oder ungleichmäßig auf die zwei Abtriebswellen verteilt. Durch das Torque-Vectoring-Drehmoment wird der Gierwinkel des Fahrzeugs verändert. Die Verteilung erfolgt insbesondere ungleichmäßig auf die zwei Abtriebswellen, wobei auch vorgesehen sein kann, dass das gesamte erste Antriebsdrehmoment auf nur eine Abtriebswelle geleitet wird, um so die ungleichmäßige Verteilung umzusetzen. Insbesondere wird in einem ersten Torque-Vectoring-Zustand die erste Abtriebswelle mit einem zusätzlichen Drehmoment beaufschlagt und die zweite Abtriebswelle durch ein zusätzliches Drehmoment gebremst. In einem zweiten Torque-Vectoring-Zustand wird die erste Abtriebswelle durch ein zusätzliches Drehmoment gebremst und die zweite Abtriebswelle mit einem zusätzlichen Drehmoment beschleunigt. In Abhängigkeit der Ausbildung kann auch vorgesehen sein, dass in dem ersten Torque-Vectoring-Zustand das erste Antriebsdrehmoment ausschließlich auf die erste Abtriebswelle und im zweiten Torque-Vectoring-Zustand ausschließlich auf die zweite Abtriebswelle geleitet wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass in dem einen Torque-Vectoring-Zustand eine der Abtriebswellen durch das Drehmoment beschleunigt und in dem anderen Torque-Vectoring-Zustand die gleiche Abtriebswelle durch das dann entgegengesetzt ausgerichtete Drehmoment gebremst wird, wobei die andere Abtriebswelle keine, insbesondere unmittelbare, Drehmomentänderung erfährt.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Getriebevorrichtung eine Bremseinrichtung zum mittelbaren oder unmittelbaren Abbremsen der ersten Eingangsschnittstelle aufweist. Dadurch, dass die erste Eingangsschnittstelle mit dem Elektromotor koppelbar und/oder gekoppelt ist, wird durch die Bremseinrichtung zugleich der Elektromotor abgebremst. Die Bremseinrichtung kann die erste Eingangsschnittstelle unmittelbar abbremsen oder mittelbar, sodass die Bremseinrichtung beispielsweise ein Getriebeorgan abbremst, welches in Wirkverbindung mit der ersten Eingangsschnittstelle steht.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass in dem ersten Betriebszustand der Getriebevorrichtung der Elektromotor üblicherweise mit einer hohen Drehzahl betrieben wird, um das Fahrzeug gegebenenfalls allein oder in Hybridfahrweise gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor anzutreiben. Bei einem Wechsel aus dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wird die Funktion des Elektromotors von der Funktion des Antriebsmotors auf die Funktion des Torque-Vector-Motors umgestellt. Der Ausgangszustand des Elektromotors als Torque-Vectoring-Motor benötigt jedoch eine Nulldrehzahl der ersten Eingangsschnittstelle und/oder des Elektromotors. Gegebenenfalls ist auch eine niedrige Drehzahl ausreichend. Bei dem Betriebszustandswechsel liegt somit das Problem vor, dass der Elektromotor ausgehend von einer hohen Drehzahl in dem ersten Betriebszustand zu einer niedrigen Drehzahl in dem zweiten Betriebszustand überführt werden muss.
Dieser Übergang ist prinzipiell ohne Bremseinrichtung möglich, dauert jedoch vergleichsweise lange. So wurde festgestellt, dass bei einer selbsttätigen Reduktion der Drehzahl des Elektromotors und/oder der ersten Eingangsschnittstelle zum Beispiel durch Verringerung der Betriebsspannung des Elektromotors das Herunterfahren der Drehzahl des Elektromotors länger als 0,5 Sekunden und sogar bis zu einer Sekunde dauern kann. Durch diese Dauer wird der Schaltvorgang zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand verzögert, da der zweite Betriebszustand erst dann vollständig eingenommen ist, wenn auch die Torque-Vectoring-Funktion durch den Elektromotor wieder bereitgestellt ist. Durch die Integration einer Bremseinrichtung in die Getriebevorrichtung wird erreicht, dass die erste Eingangsschnittstelle und damit der Elektromotor in deutlich kürzerer Zeit, zum Beispiel weniger als 0,2 Sekunden, vorzugsweise weniger als 0,1 Sekunden, von der anfänglichen Drehzahl in dem ersten Betriebszustand zu der benötigten Nulldrehzahl in dem zweiten Betriebszustand heruntergefahren werden kann. Durch das schnellere Herunterfahren der Drehzahl kann folglich der Wechsel von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand schneller durchgeführt werden, sodass die Torque-Vectoring-Funktion früher zur Verfügung steht. Durch die früher einsetzbare Torque-Vectoring-Funktion wird zum einen die Sicherheit des Fahrzeugs im Betrieb erhöht und zum anderen die Fahrdynamik verbessert, was insgesamt zu einer besseren Funktion der Getriebevorrichtung führt.
Die Getriebevorrichtung kann als eine ausschließlich über den Elektromotor angetriebene Antriebseinrichtung ausgebildet sein und insbesondere eine elektrische Achse bilden. Bei einer möglichen Weiterbildung wird die Getriebevorrichtung über den Elektromotor und über einen Verbrennungsmotor angetrieben und ist insbesondere als eine Hybridantriebseinrichtung ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Getriebevorrichtung eine zweite Eingangsschnittstelle zur Einleitung eines zweiten Antriebsdrehmoments von einem Verbrennungsmotor auf. Das Fahrzeug umfasst in dieser Weiterbildung einen Verbrennungsmotor sowie den Elektromotor, wobei beide genannten Motoren parallel oder unabhängig voneinander und/oder alternativ als Antriebsmotor zum Antrieb des Fahrzeugs nutzbar sind. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein sogenanntes Hybridfahrzeug ausgebildet. Die zweite Eingangsschnittstelle ist mit dem Verbrennungsmotor wirkverbunden und/oder wirkverbindbar ist, um das zweite Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor in die Getriebevorrichtung einzuleiten. Beispielsweise ist die zweite Eingangsschnittstelle mit einer Kurbelwelle gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Dämpfereinrichtungen, etc. wirkverbunden oder zumindest getriebetechnisch verbunden. Das Abtriebsdrehmoment wird in dieser Ausgestaltung vorzugsweise aus dem ersten Antriebsdrehmoment und/oder dem zweiten Antriebsdrehmoment gebildet. Es kann optional vorgesehen sein, dass das erste und/oder zweite Antriebsdrehmoment umgesetzt, insbesondere übersetzt oder untersetzt ist, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden. In dem ersten Betriebszustand kann das zweite Antriebsdrehmoment zeitgleich oder parallel zu dem ersten Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen geleitet werden.
In dem zweiten Betriebszustand ist es bei dieser Weiterbildung bevorzugt, das zweite Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen zu leiten, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden. Insbesondere ist der zweite Betriebszustand als ein verbrennungsmotorischer Betriebszustand ausgebildet. Das erste Antriebsdrehmoment bildet als Torque-Vectoring-Drehmoment ein Überlagerungsdrehmoment zu dem zweiten Antriebsdrehmoment, wobei die Überlagerung ungleichmäßig auf die zwei Abtriebswellen erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebevorrichtung eine Steueranordnung zur Ansteuerung eines Betriebszustandswechsels der Getriebevorrichtung von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand. Die Steueranordnung ist zudem zur Ansteuerung der Bremseinrichtung ausgebildet, um die erste Eingangsschnittstelle im Rahmen des Betriebszustandswechsels, insbesondere während des Betriebszustandswechsels, abzubremsen. Die Steueranordnung kann als eine zentrale Steueranordnung ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Steueranordnung aus mehreren Untersteuereinrichtungen besteht oder diese umfasst, welche gegebenenfalls auch unabhängig voneinander arbeiten. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Steueranordnung einen Zwischenbetriebszustand ansteuert, wobei in dem Zwischenbetriebszustand die Bremseinrichtung angesteuert ist, sodass diese die erste Eingangsschnittstelle abbremst.
In der allgemeinsten Ausführung der Erfindung kann die Bremseinrichtung beliebig ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Realisierung ist die Bremseinrichtung jedoch als eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung, insbesondere zur reibschlüssigen Kopplung, der ersten Eingangsschnittstelle mit einem stationären und/oder gestellfesten Abschnitt der Getriebevorrichtung ausgebildet. Der stationäre Abschnitt kann beispielsweise ein Gehäuse der Getriebevorrichtung oder ein mit dem Gehäuse der Getriebevorrichtung starr verbundener anderer Abschnitt sein.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Bremseinrichtung als eine Doppelkupplungseinrichtung ausgebildet ist, welche mindestens oder genau zwei Kupplungszustände einnehmen kann. In dem ersten Kupplungszustand ist die erste Eingangsschnittstelle mit einem oder dem stationären Abschnitt der Getriebevorrichtung insbesondere drehfest gekoppelt. In diesem ersten Kupplungszustand wird die erste Eingangsschnittstelle durch die Doppelkupplungseinrichtung als die Bremseinrichtung abgebremst beziehungsweise drehfest gesetzt. In dem zweiten Kupplungszustand ist die erste Eingangsschnittstelle mit einem Kupplungsausgang der Doppelkupplungseinrichtung insbesondere drehfest gekoppelt. Die Doppelkupplungseinrichtung hat den Vorteil, dass bei einem Betriebszustandswechsel durch eine Betätigung der Doppelkupplungseinrichtung die erste Eingangsschnittstelle von dem Kupplungsausgang entkoppelt wird und zugleich drehfest mit dem stationären Abschnitt gesetzt wird. Durch die Entkopplung werden etwaige Auswirkungen des Abbremsens nicht auf die Abtriebswellen übertragen. Ferner ist eine einzige Einrichtung ausreichend, um sowohl die Entkopplung als auch das Abbremsen umzusetzen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Getriebevorrichtung eine Differentialeinrichtung auf, welche zwei Differentialausgänge und mindestens einen, vorzugsweise zwei Differentialeingänge aufweist. Die zwei Differentialausgänge sind mit den Abtriebswellen 1:1 wirkverbunden. In dem ersten Betriebszustand ist der Differentialeingang mit der ersten Eingangsschnittstelle derart wirkverbunden, dass das vollständige, erste Antriebsdrehmoment auf den Differentialeingang geleitet wird. Optional weist die Differentialeinrichtung einen zweiten Differentialeingang auf, über den das zweite Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors in die Differentialeinrichtung eingeleitet werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Getriebevorrichtung eine Verteilungseinrichtung mit einem Verteilungseingang und zwei Verteilungsausgängen. Die Verteilungseinrichtung hat die Aufgabe, ein über den Verteilungseingang eingeleitetes Antriebsdrehmoment auf die zwei Verteilungsausgänge zu verteilen. In dem zweiten Betriebszustand ist der zweite Verteilungsausgang mit dem Differentialeingang und der erste Verteilungsausgang mit einer der Abtriebswellen wirkverbunden. Insbesondere ist die Getriebevorrichtung so ausgebildet, dass das an dem Differentialeingang und das an der Abtriebswelle anliegende Antriebsdrehmoment gegensinnig ausgerichtet sind. Damit kann durch die Verteilungseinrichtung das erste Antriebsdrehmoment als Torque-Vectoring-Drehmoment auf die Abtriebswellen gegebenenfalls über die Differentialeinrichtung geleitet werden.
Insbesondere läuft ein Momentenpfad des ersten Antriebsdrehmoments in dem ersten Betriebszustand parallel und/oder außerhalb zu der Verteilungseinrichtung und in dem zweiten Betriebszustand über das Verteilungsgetriebe.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Getriebevorrichtung eine Schalteinrichtung, welche mindestens oder genau zwei Schalteingänge und einen Schaltausgang aufweist. Der Schaltausgang ist mit dem Differentialeingang wirkverbunden. Gegebenenfalls ist zwischen Schaltausgang und Differentialeingang noch eine Getriebestufe zur Anpassung der Drehzahlen angeordnet. Der erste Schalteingang ist mit dem Kupplungsausgang wirkverbunden, der zweite Schalteingang ist mit dem zweiten Verteilungsausgang wirkverbunden. In dem ersten Betriebszustand ist der erste Schalteingang mit dem Schaltausgang drehfest gekoppelt, in dem zweiten Betriebszustand ist der zweite Schalteingang mit dem Schaltausgang drehfest gekoppelt.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Getriebevorrichtung einen Sensor zur Detektion des Schaltzustands der Schalteinrichtung und zur Ausgabe eines Sensorsignals. Das Sensorsignal trägt somit die Information, in welchem Betriebszustand sich die Schalteinrichtung und damit die Getriebevorrichtung befindet und optional ergänzend die Information, ob ein Übergang von dem ersten zu dem zweiten Betriebszustand erfolgt. Ferner weist die Getriebevorrichtung einen Aktuator zur Betätigung der Bremseinrichtung, insbesondere der Kopplungseinrichtung und im Speziellen der Doppelkupplungseinrichtung auf, wobei die Steueranordnung ausgebildet ist, auf Basis des Sensorsignals den Aktuator anzusteuern, so dass dieser den Kupplungszustand wechselt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sensor und der Aktuator einen integrierten oder separaten Sensor-Aktuator-Kreis bilden, welcher damit einen Teil der Steueranordnung bildet.
Zum Angleichen der Drehzahlen und zum besseren Abstimmen der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Schaltausgang und dem Differentialeingang und/oder zwischen dem Kupplungsausgang und dem Verteilungseingang eine Getriebestufe angeordnet ist. Durch die Getriebestufe wird insbesondere die Drehzahl angepasst. Vorzugsweise ist die Getriebestufe als eine Planetengetriebestufe ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die Verteilungseinrichtung als ein Planetengetriebeabschnitt ausgebildet ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeug, welches erfindungsgemäß eine Getriebevorrichtung aufweist, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Getriebevorrichtung für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 und 3 die Getriebevorrichtung in der 1 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen zur Illustration der Funktionsweise.
Die 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Getriebevorrichtung 1 für ein Fahrzeug 2, wobei das Fahrzeug 2 nur als ein Kasten dargestellt ist. Das Fahrzeug 2 ist in einem Bereich einer angetriebenen Achse 3 gezeigt, wobei über zwei Abtriebswellen 4a, b der Getriebevorrichtung 1 Räder 5a, b des Fahrzeugs 2 angetrieben werden.
Das Fahrzeug 2, insbesondere die Getriebevorrichtung 1, weist einen Elektromotor 6 sowie einen optionalen Verbrennungsmotor 7 auf. Der Elektromotor 6 ist über eine erste Eingangsschnittstelle 8a mit der Getriebevorrichtung 1 wirkverbunden. Der Verbrennungsmotor 7 ist dagegen über eine optionale zweite Eingangsschnittstelle 8b, welche hier als Kegelrad ausgebildet ist, mit der Getriebevorrichtung 1 wirkverbunden. Die erste Eingangsschnittstelle 8a dient zur Einleitung eines ersten Antriebsdrehmoments von dem Elektromotor 6, die zweite Eingangsschnittstelle 8b dient zur Einleitung eines zweiten Antriebsdrehmoments von dem Verbrennungsmotor 7.
Die Getriebevorrichtung 1 weist folgende Funktionsgruppen auf:
Eine Doppelkupplungseinrichtung 9, eine Schalteinrichtung 10, eine Differentialeinrichtung 11, eine Verteilungseinrichtung 12, zwei Getriebestufen 13, 14 sowie eine Steueranordnung 15.
Die Doppelkupplungseinrichtung 9 weist als Kupplungseingang die erste Eingangsschnittstelle 8a sowie einen Kupplungsausgang 16 auf. Die Doppelkupplungseinrichtung 9 weist einen Kupplungskörper 17 auf, welcher über einen Aktuator 18 in einer axialen Richtung verschiebbar angeordnet ist. In dem Kupplungskörper 17 ist ein stationäres Koppelrad 19, welches drehfest mit einem Gestell oder Gehäuse G der Getriebevorrichtung 1 verbunden ist, sowie ein Kupplungsausgangsrad 20 angeordnet. Durch den Aktuator 18 kann die Doppelkupplungseinrichtung 9 in einen ersten Kupplungszustand gesetzt werden, wobei der Kupplungskörper 17 mit dem Koppelrad 19 und damit mit dem Gehäuse G drehfest gesetzt wird. In dem ersten Kupplungszustand wird damit die erste Eingangsschnittstelle 8a und folglich der Elektromotor 6 abgebremst. In einem zweiten Kupplungszustand wird die Verbindung zwischen der ersten Eingangsschnittstelle 8a und dem Gehäuse G wieder gelöst und stattdessen der Kupplungskörper 17 drehfest mit dem Kupplungsausgangsrad 20 gesetzt. In dem zweiten Kupplungszustand wird das erste Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 über den Kupplungsausgang 16 ausgegeben.
Der Kupplungsausgang 16 kämmt mit einem Zwischenrad 21, welches drehfest mit einem ersten Schaltrad verbunden ist. Das erste Schaltrad bildet einen ersten Schalteingang 22 in die Schalteinrichtung 10. Die Schalteinrichtung 10 weist noch einen zweiten Schalteingang 23 auf, welcher ebenfalls als ein Schaltrad ausgebildet ist. Ausgangsseitig weist die Schalteinrichtung 10 einen Schaltausgang 24 auf, welcher durch ein drittes Schaltrad 25 gebildet ist.
Durch ein Schiebemuffenelement oder ein anderes Kopplungselement 26 kann der Schaltausgang 24 selektiv mit dem ersten Schalteingang 22 oder mit dem zweiten Schalteingang 23 verbunden werden. In einem ersten Betriebszustand I ist der erste Schalteingang 22 mit dem Schaltausgang 24 drehfest verbunden, sodass das erste Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 über die erste Eingangsschnittstelle 8a, den Kupplungsausgang 16, den ersten Schalteingang 22 zu dem Schaltausgang 24 geleitet wird.
Der Schaltausgang 24 bildet einen ersten Getriebestufeneingang 27 in die Getriebestufe 13. Die Getriebestufe 13 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, wobei der erste Getriebestufeneingang 27 als ein Sonnenrad 28 ausgebildet ist. Das Sonnenrad 28 kämmt mit einer Mehrzahl von Planetenrädern 29, welche auf einem Planetenträger angeordnet sind. Ferner kämmen die Planetenräder 29 mit einem Hohlrad 30, welches gestellfest oder stationär zu dem Gehäuse G angeordnet ist. Der Planetenträger bildet einen Getriebestufenausgang 31 und ist drehfest mit einem ersten Differentialeingang 32 verbunden.
Die Differentialeinrichtung 11 ist in diesem Beispiel als eine Kegelraddifferentialeinrichtung ausgebildet, wobei der Differentialeingang 32 drehfest mit dem Differentialkorb verbunden ist. Ebenfalls drehfest mit dem Differentialkorb verbunden ist ein zweiter Differentialeingang 33, welcher in Wechselwirkung mit der zweiten Eingangsschnittstelle 8b steht, sodass in dem gezeigten Schaltzustand die Differentialeinrichtung 11 mit dem ersten Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 und optional ergänzend mit dem zweiten Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor 7 betrieben werden kann. Die Abtriebswellen 4a, b bilden Ausgänge aus der Differentialeinrichtung 11.
Das Zwischenrad 21 ist ferner mit einem zweiten Getriebestufeneingang 34 der Getriebestufe 14 drehfest verbunden. Der zweite Getriebestufeneingang 34 ist als ein Sonnenrad 35 ausgebildet, welches mit einer Mehrzahl von Planetenrädern 36 kämmt, die auf einem Planetenträger 37 sitzen. Ferner weist die Getriebestufe 14 ein stationäres Hohlrad 38 auf, wobei die Planetenräder 36 mit dem Hohlrad 38 kämmen. Der Planetenträger 37 bildet einen Getriebestufenausgang 39. Der Getriebestufenausgang 39 bildet einen Verteilungseingang 40 in die Verteilungseinrichtung 12. Der Verteilungseingang 40 ist als ein Hohlrad 41 ausgebildet, welches mit einer Mehrzahl von Planetenrädern 42 kämmt, wobei die Planetenräder 42 auf einem gemeinsamen Planetenträger 43 sitzen. Ferner kämmen die Planetenräder 42 mit einem Sonnenrad 44. Der Planetenträger 43 und das Sonnenrad 44 bilden jeweils einen Verteilungsausgang 45 beziehungsweise 46 der Verteilungseinrichtung 12. Der erste Verteilungsausgang 45 ist drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 4b gekoppelt, der zweite Verteilungsausgang 46 ist drehfest mit dem zweiten Schalteingang 23 gekoppelt.
Die Getriebevorrichtung 1 weist einen Sensor 47 zur Erkennung der Schaltposition des Kopplungselements 26 auf. Der Sensor 47 ist signaltechnisch über die Steueranordnung 15 mit dem Aktuator 18 gekoppelt, so dass ein Sensor-Aktuator Kontrollkreis gebildet ist.
In der 1 ist die Schalteinrichtung 10 bzw. die Getriebevorrichtung 1 in einem Neutralzustand als Betriebszustand gezeigt, wobei das Kopplungselement 26 in einer N-Position steht, so dass die Schalteingänge 22, 23 von dem Schaltausgang 24 entkoppelt sind.
In der 2 ist die Getriebevorrichtung 1 in einem ersten Betriebszustand I gezeigt, wobei das Kopplungselement 26 in einer I-Position steht und wobei der erste Schalteingang 22 mit dem Schaltausgang 24 drehfest verbunden ist. In dem ersten Betriebszustand I wird das erste Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 über den ersten Momentenpfad M1 zu der Differentialeinrichtung 11 geleitet wird, um das Fahrzeug 2 anzutreiben. Optional ergänzend kann das erste Antriebsdrehmoment durch das zweite Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 7 überlagert werden. Das zweite Antriebsdrehmoment wird über die Differentialeinrichtung 11 so übertragen, dass beide Abtriebswellen 4a, b gleichsinnig angetrieben werden.
In der 3 ist die Getriebevorrichtung 1 in einem zweiten Betriebszustand TV dargestellt, wobei das Kopplungselement 26 in einer TV-Position steht und wobei der zweite Schalteingang 23 mit dem Schaltausgang 24 drehfest verbunden ist. In dem zweiten Betriebszustand TV wird das Hauptantriebsdrehmoment durch das zweite Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 7 bereitgestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist der Momentenpfad des zweiten Antriebsdrehmoments nicht eingezeichnet. Es kann sich jedoch auch um eine Getriebevorrichtung 1 ohne Anbindung an einen Verbrennungsmotor 1 handeln.
Das erste Antriebsdrehmoment wird in einem zweiten Momentenpfad M2 über die Doppelkupplungseinrichtung 9, das Zwischenrad 21, die Getriebestufe 14, die Verteilungseinrichtung 12 aufgeteilt und zum einen zu der zweiten Abtriebswelle 4b und zum anderen zu der Differentialeinrichtung 11 geleitet. Die Getriebevorrichtung 1 ist so ausgebildet, dass das erste Antriebsdrehmoment an beiden Abtriebswellen 4a, b mit einer gegensinnigen Drehrichtung anliegt, sodass es eine Drehmomentenverschiebung in Abhängigkeit der Drehrichtung des Elektromotors 6 gibt. In dem zweiten Betriebszustand TV kann somit das erste Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 zur Erzeugung eines Torque-Vectoring-Drehmoments eingesetzt werden.
Während in dem ersten Betriebszustand I die Drehzahl des Elektromotors 6 auf die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswellen 4a, b abgestimmt sein muss, ist die Drehzahl des Elektromotors 6 in dem zweiten Betriebszustand TV zunächst insbesondere ohne Torque-Vectoring-Anforderung bei Geradeausfahrt eine Nulldrehzahl. Soll somit die Getriebevorrichtung 1 von dem ersten Betriebszustand I in den zweiten Betriebszustand TV umgeschaltet werden, so muss der Elektromotor 6 von einer zunächst hohen Drehzahl auf eine zumindest niedrigere Drehzahl oder die Nulldrehzahl heruntergefahren werden.
Um den Betriebszustandswechsel I-TV schneller zu gestalten ist vorgesehen, dass während des Betriebszustandswechsels der Elektromotor 6 über die erste Eingangsschnittstelle 8a aktiv durch die Doppelkupplungseinrichtung 9 als eine Bremseinrichtung abgebremst wird. Durch das aktive Abbremsen der ersten Eingangsschnittstelle 8a wird erreicht, dass der Schaltvorgang zwischen dem ersten Betriebszustand I und dem zweiten Betriebszustand TV zeitlich betrachtet sehr schnell durchgeführt werden kann, sodass zum einen ein hoher Fahrkomfort und zum anderen eine sofortige Verfügbarkeit der Torque-Vectoring-Funktion nach dem Schaltvorgang bzw. Betriebszustandswechsel gegeben ist.
Sobald die Schalteinrichtung 10 mit dem Betriebszustandswechsel durch Verschiebung des Kopplungselements 26 beginnt oder begonnen hat, wird dies durch den Sensor 47 registriert und über die Steueranordnung 15 in ein Stellsignal für den Aktuator 18 umgesetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird insbesondere das Erreichen der Neutralposition N des Kopplungselements 26 überwacht. Wenn oder sobald sich die Schalteinrichtung 10 bzw. die Getriebevorrichtung 1 in dem Neutralzustand N wie dieser in der 1 gezeigt ist, befindet, kann der Aktuator 18 die Doppelkupplungseinrichtung 9 betätigen, so dass der Momentenpfad zwischen der ersten Eingangsschnittstelle 8a und dem Kupplungsausgang 16 getrennt ist. Zudem wird die erste Eingangsschnittstelle 8a mit dem Koppelrad 19 reibschlüssig verbunden, so dass die erste Eingangsschnittstelle 8a und damit der Elektromotor 6 abgebremst wird. Alternativ ausgedrückt wird ein Momentenpfad zwischen dem Elektromotor 6 und dem Gehäuse G geschlossen. Der Abbremsvorgang dauert weniger als 0,1 s.
Sobald der Elektromotor 6 ausreichend abgebremst ist, wird die Schalteinrichtung 10 bzw. die Getriebevorrichtung 1 von dem Neutralzustand N in den zweiten Betriebszustand TV überführt, indem das Kopplungselement 26 in die TV-Position geschoben wird. Dabei wird der Momentenpfad des Elektromotors auf den zweiten Momentenpfad M2 geschaltet. Dieser Schaltvorgang ist schnell umsetzbar, da die anzusteuernde Zieldrehzahl des Elektromotors 6 entweder die Nulldrehzahl oder eine sehr geringe Drehzahl ist. Bei der konstruktiven Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, dass die Schaltpositionen des Kopplungselements 26 in Schaltrichtung so aufgereiht sind, dass zwischen der I-Schaltposition und der TV-Schaltposition die N-Position angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die N-Position und damit der Neutralzustand zwangsläufig beim Umschalten von dem ersten Betriebszustand I in den zweiten Betriebszustand TV eingenommen werden muss, wobei durch die Einnahme des Neutralzustands die getriebetechnische Voraussetzung für das Abbremsen des Elektromotors 6 geschaffen ist, da ein Teil der Getriebevorrichtung 1 von der Differentialeinrichtung 11 abgekoppelt ist.
Bezugszeichenliste

1: Getriebevorrichtung
2: Fahrzeug
3: Achse
4a, b: Abtriebswellen
5a, b: Räder
6: Elektromotor
7: Verbrennungsmotor
8a: erste Eingangsschnittstelle
8b: zweite Eingangsschnittstelle
9: Doppelkupplungseinrichtung
10: Schalteinrichtung
11: Differentialeinrichtung
12: Verteilungseinrichtung
13: Getriebestufe
14: Getriebestufe
15: Steueranordnung
16: Kupplungsausgang
17: Kupplungskörper
18: Aktuator
19: Koppelrad
20: Kupplungsausgangsrad
21: Zwischenrad
22: erster Schalteingang
23: zweiter Schalteingang
24: Schaltausgang
25: Schaltrad
26: Kopplungselement
27: Getriebestufeneingang
28: Sonnenrad
29: Planetenräder
30: Hohlrad
31: Getriebestufenausgang
32: erster Differentialeingang
33: zweiter Differentialeingang
34: zweiter Getriebestufeneingang
35: Sonnenrad
36: Planetenräder
37: Planetenträger
38: Hohlrad
39: Getriebestufenausgang
40: Verteilungseingang
41: Hohlrad
42: Planetenräder
43: Planetenträger
44: Sonnenrad
45: Verteilungsausgang
46: Verteilungsausgang
47: Sensor
I: erster Betriebszustand
TV: zweiter Betriebszustand
G: Gehäuse/Gestell
M1: erster Momentenpfad
M2: Momentenpfad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013202381 A1 [0004]

Claims

Getriebevorrichtung (1) für ein Fahrzeug (2) mit einer ersten Eingangsschnittstelle (8a) zur Einleitung eines ersten Antriebsdrehmoments von einem Elektromotor (6), mit zwei Abtriebswellen (4a, b) zur Ausgabe eines Abtriebsdrehmoments zum Antrieb des Fahrzeugs (2), wobei die Getriebevorrichtung (1) in mindestens einen ersten Betriebszustand (I) und einen zweiten Betriebszustand (TV) schaltbar ist, wobei die Getriebevorrichtung (1) in dem ersten Betriebszustand (I) das erste Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen (4a, b) leitet, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden, und wobei die Getriebevorrichtung (1) in dem zweiten Betriebszustand (TV) das erste Antriebsdrehmoment als Torque-Vectoring-Drehmoment auf die zwei Abtriebswellen (4a, b) verteilt, gekennzeichnet durch eine Bremseinrichtung (9) zum Abbremsen der ersten Eingangsschnittstelle (8a).
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (1) eine zweite Eingangsschnittstelle (8a) zur Einleitung eines zweiten Antriebsdrehmoments von einem Verbrennungsmotor (7) aufweist, wobei die Getriebevorrichtung (1) in dem zweiten Betriebszustand (TV) das zweite Antriebsdrehmoment auf die Abtriebswellen (4a, b) leitet, um das Abtriebsdrehmoment zu bilden.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung (15) zur Ansteuerung eines Betriebszustandswechsels von dem ersten Betriebszustand (I) in den zweiten Betriebszustand (TV) und ergänzend zur Ansteuerung der Bremseinrichtung (9), um die erste Eingangsschnittstelle (8a) während des Betriebszustandswechsels abzubremsen.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (9) als eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung der ersten Eingangsschnittstelle (8a) mit einem stationären Abschnitt (G) der Getriebevorrichtung (1) ausgebildet ist.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung als eine Doppelkupplungseinrichtung (9) ausgebildet ist, wobei die Doppelkupplungseinrichtung (9) zwei Kupplungszustände einnehmen kann, wobei in einem ersten Kupplungszustand die erste Eingangsschnittstelle (8a) mit einem stationären Abschnitt (G) der Getriebevorrichtung (1) gekoppelt ist und in einem zweiten Kupplungszustand die erste Eingangsschnittstelle (8a) mit einem Kupplungsausgang (16) der Doppelkupplungseinrichtung (9) gekoppelt ist.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Differentialeinrichtung (11), wobei die Differentialeinrichtung (11) zwei Differentialausgänge und mindestens einen ersten Differentialeingang (32) aufweist, wobei die zwei Differentialausgänge mit den Abtriebswellen (4a, b) wirkverbunden sind und wobei in dem ersten Betriebszustand (I) der erste Differentialeingang (32) mit der ersten Eingangsschnittstelle (8a) so wirkverbunden ist, dass das vollständige erste Antriebsdrehmoment auf den Differentialeingang (32) geleitet wird.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Verteilungseinrichtung (12) mit einem Verteilungseingang (40) und zwei Verteilungsausgängen (45, 46), wobei in dem zweiten Betriebszustand (TV) der zweite Verteilungsausgang (46) mit dem ersten Differentialeingang (32) und der erste Verteilungsausgang (45) mit einer der Abtriebswellen (4b) wirkverbunden ist.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (10), wobei die Schalteinrichtung (10) zwei Schalteingänge (22, 23) und einen Schaltausgang (24) aufweist, wobei der Schaltausgang (24) mit dem ersten Differentialeingang (32) wirkverbunden ist, wobei der erste Schalteingang (22) mit dem Kupplungsausgang (16) wirkverbunden ist und wobei der zweite Schalteingang (23) mit dem zweiten Verteilungsausgang (46) wirkverbunden ist, wobei in dem ersten Betriebszustand (I) der erste Schalteingang (22) mit dem Schaltausgang (24) drehfest gekoppelt ist und wobei in dem zweiten Betriebszustand (TV) der zweite Schalteingang (23) mit dem Schaltausgang (24) drehfest gekoppelt ist.
Getriebevorrichtung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Sensor (47) zur Detektion des Schaltzustands der Schalteinrichtung (10) und zur Ausgabe eines Sensorsignals sowie eines Aktuators (18) zur Betätigung der Bremseinrichtung (9), wobei die Steueranordnung (15) ausgebildet ist, auf Basis des Sensorsignals den Aktuator (18) anzusteuern.
Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltausgang (24) und dem ersten Differentialeingang (32) und/oder zwischen dem Kupplungsausgang (16) und dem Verteilungseingang (40) eine Getriebestufe (13, 14) angeordnet ist.
Fahrzeug (2) mit einer Getriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.