Titel

GETRIEBE FÜR EINE HYBRIDANTRIEBSANORDNUNG, HYBRIDANTRIEBSANORDNING, FAHRZEUG, UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN DER HYBRIDANTRIEBSANORDNUNG

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung. Ferner

betrifft die Erfindung eine Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe, ein

Fahrzeug mit einer Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Betrieb der

Hybridantriebsanordnung sowie ein Computerprogramm und ein

maschinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Getriebe für Hybridantriebsanordnungen sind aus dem Stand der Technik

bekannt. Beispielsweise zeigt die W02010/009943 Al ein

Doppelkupplungsgetriebe, welches den Betrieb eines Hybridfahrzeugs

verbrennungsmotorisch, elektromotorisch und mit beiden Antriebsaggregaten

zusammen ermöglicht. Derartige Getriebe sind komplex, schwer und teuer. Es besteht Bedarf an Getriebetopologien mit reduzierter mechanischer Komplexität, verringertem Raumbedarf und verringertem Gewicht.

Der Begriff„gekoppelt" bzw.„angekoppelt“ wird im Folgenden im Sinne einer

festen Verbindung benutzt. Im Gegensatz dazu umfasst der Begriff„koppelbar" im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl feste als auch schaltbare

Verbindungen. Ist konkret eine schaltbare Verbindung gemeint, wird in der Regel das entsprechende Schaltelement, insbesondere eine Bremse oder eine

Kupplung, explizit angegeben. Ist hingegen konkret eine feste, starre oder

drehfeste Verbindung gemeint, wird in der Regel der Begriff„gekoppelt" bzw.

„angekoppelt“ verwendet und auf die Verwendung des Begriffs„koppelbar"

verzichtet. Die Verwendung des Begriffs„koppelbar" ohne Angabe eines

konkreten Schaltelementes deutet somit auf den beabsichtigten Einschluss

beider Fälle hin. Diese Unterscheidung erfolgt allein zugunsten der besseren

Verständlichkeit und insbesondere zur Verdeutlichung, wo das Vorsehen einer schaltbaren Verbindung anstelle einer in der Regel leichter realisierbaren festen

Verbindung beziehungsweise Koppelung zwingend erforderlich ist. Die obige Definition des Begriffs„gekoppelt" bzw.„angekoppelt“ ist daher keinesfalls so eng auszulegen, dass willkürlich zu Umgehungszwecken eingefügte Kupplungen aus seinem Wortsinn herausführten.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, welches mit zwei Antriebsaggregaten koppelbar ist, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, mindestens einem ersten Schaltelement, einem zweiten

Schaltelement und einem dritten Schaltelement und einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe, wobei der Planetenträger des ersten

Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die Eingangswelle mittels dem ersten Schaltelement koppelbar ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes, und die Eingangswelle mittels dem zweiten Schaltelement koppelbar ist mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes, und das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mittels dem dritten Schaltelements koppelbar ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes, und wobei die Ausgangswelle mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist.

Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt. Für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung sind zwei Antriebsaggregate an das Getriebe koppelbar. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle und eine

Ausgangswelle, mindestens ein erstes, ein zweites und ein drittes Schaltelement und ein erstes und ein zweites Planetengetriebe, wobei der Planetenträger des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden ist. Die Eingangswelle ist fest mit dem ersten Schaltelement gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Im Rahmen der Beschreibung ist eine Koppelung somit eine Verbindung, welche starr, beispielsweise einstückig, beispielsweise mittels einer Welle, oder mit einer festen Übersetzung oder Getriebestufe ausgeführt ist. Weiter ist die

Eingangswelle mittels Schließen des ersten Schaltelementes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes koppelbar. Weiter ist die Eingangswelle mit dem zweiten Schaltelement gekoppelt und mittels Schließens des zweiten

Schaltelementes mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes koppelbar. Weiter ist das dritte Schaltelement dazu eingerichtet, das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes zu verbinden oder zu trennen. Die Ausgangswelle ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt. Insbesondere ist die Ausgangswelle mit einem Abtrieb koppelbar. Der Abtrieb ist insbesondere eine Welle oder eine Achse, die die Bewegung der Ausgangswelle auf den mechanischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, beispielsweise auf ein Differenzial oder auf ein Antriebsrad überträgt. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, welches die Drehzahl und das

Drehmoment, welches an der Eingangswelle anliegt, bei geschlossenem ersten, zweiten und dritten Schaltelement entsprechend dem Übersetzungsverhältnis im Getriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere sowohl für ein Antriebssystem, das mit einer Spannung von 48V betrieben wird, also auch für Antriebssysteme, die eine höhere Spannung als 48V nutzen.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Getriebe eine zweite

Eingangswelle, eine erste Getriebewelle, einen Stirnradsatz sowie ein viertes und ein fünftes Schaltelement, wobei die Eingangswelle über den Stirnradsatz mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt ist, wobei die zweite Eingangswelle mittels des vierten Schaltelements koppelbar ist mit der ersten Getriebewelle, wobei das fünfte Schaltelement dazu eingerichtet ist, das Hohlrad des zweiten

Planetengetriebes mit der ersten Getriebewelle zu verbinden oder zu trennen.

Für das Getriebe sind eine zweite Eingangswelle, eine erste Getriebewelle und ein Stirnradsatz vorgesehen. Der Stirnradsatz koppelt die Eingangswelle und die zweite Eingangswelle miteinander, so dass die beiden Eingangswellen drehfest miteinander verbunden sind. Ein erstes Antriebsaggregat kann wahlweise an der Eingangswelle oder an der zweiten Eingangswelle angekoppelt sein. Weiter weist das Getriebe ein viertes und ein fünftes Schaltelement auf, wobei das vierte Schaltelement dazu eingerichtet ist die zweite Eingangswelle mit der

Getriebewelle zu verbinden oder zu trennen. Mittels des fünften Schaltelements ist die Getriebewelle koppelbar mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes. Entsprechend ist die zweite Eingangswelle mittels des vierten und fünften Schaltelements mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes koppelbar. Vorteilhafterweise ergibt sich neben dem genannten Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle weitere Übersetzungsverhältnisse. So ergibt sich bei geschlossenem zweiten, dritten, vierten und fünften

Schaltelement und geöffnetem ersten Schaltelement eine weitere Übersetzung im Getriebe. Eine zweite weitere Übersetzung ergibt sich bei geschlossenem ersten, vierten und fünften Schaltelement und geöffnetem zweiten und dritten Schaltelement.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein sechstes Schaltelement, welches mit der ersten Getriebewelle gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, über das fünfte Schaltelement das Hohlrad des zweiten

Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben.

Es ist ein sechstes Schaltelement vorgesehen, welches mit der ersten

Getriebewelle gekoppelt ist und über das fünfte Schaltelement das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes freigeben oder abbremsen kann, insbesondere das Hohlrad mit einem Fixpunkt oder dem Gehäuse verbinden, koppeln oder das Hohlrad am Gehäuse abstützen. Das Abbremsen des Hohlrades umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Hohlrades, insbesondere bis zum Stillstand des Hohlrades. Das Freigeben des Hohlrades umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Hohlrad entsprechend der auf das Hohlrad wirkenden Kräfte beschleunigt. Vorteilhaft ergibt sich neben den bereits erwähnten

Getriebeübersetzungen weitere Übersetzungsmöglichkeiten im Getriebe. Bei geschlossenem ersten, fünften und sechsten Schaltelement sowie geöffnetem zweiten, dritten und vierten Schaltelement oder geschlossenem zweiten, dritten, fünften und sechsten Schaltelement und geöffnetem ersten und vierten

Schaltelement ergeben sich zwei weitere Übersetzungen zwischen der

Eingangswelle und der Ausgangswelle für das Getriebe.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein siebtes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, dass das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit der ersten Getriebewelle zu verbinden oder zu trennen.

Für das Getriebe ist ein siebtes Schaltelement vorgesehen, mit welchem das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit der ersten Getriebewelle koppelbar ist. Dadurch kann vorteilhafterweise durch gleichzeitiges Schließen des sechsten und des siebten Schaltelements das Hohlrad des ersten Planetengetriebes ebenfalls abgebremst werden. Weiter ergibt sich mit der bisher beschriebenen Topologie des Getriebes mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten, dem vierten, dem fünften, dem sechsten und dem siebten Schaltelement, neben den bereits erwähnten, weitere Betriebsmodi einstellen. So ergibt sich vorteilhaft bei Schließen des dritten, des vierten, des fünften und des siebten Schaltelements und Öffnen des ersten, des zweiten und des sechsten Schaltelements eine weitere Übersetzung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle. Weiter ergibt sich eine zweite weitere Übersetzung beim Schließen des ersten, des dritten, des vierten, des fünften und des siebten Schaltelementes und beim Öffnen des zweiten, des fünften und des sechsten Schaltelements. Eine dritte weitere Übersetzung ergibt sich durch Schließen des ersten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements und durch Öffnen des zweiten, des vierten und des fünften Schaltelements, bei der die Ausgangswelle in

entgegengesetzter Richtung wie bei den bisherigen Übersetzungen sich dreht. Diese Übersetzung entspricht einem Rückwärtsgang. Bei geöffnetem ersten, zweiten und vierten Schaltelement ist die Eingangswelle von der Ausgangswelle abgekoppelt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und/oder das vierte und/oder das fünfte und/oder das siebte Schaltelement eine Kupplung und/oder das sechste Schaltelement eine Bremse. Insbesondere kann es sich bei der Kupplung um eine Reibkupplung oder Klauenkupplung oder eine Nass- oder eine Trockenkupplung handeln.

Vorteilhafterweise sind das ersten, das dritte und das fünfte Schaltelement als Reibkupplung ausgebildet. Alternative oder zusätzlich sind das zweite, das vierte, das sechste und das siebte Schaltelement als Klauenkupplung ausgebildet. Vorteilhaft werden Möglichkeiten für eine steuerbare Verbindung der

Eingangswelle mit den Komponenten der Planetengetriebe bereitgestellt.

Beispielsweise sind das zweite und das siebte Schaltelement als Kupplungspaar ausgebildet, wie zum Beispiel als Doppelklaue. Zusätzlich oder alternativ sind das vierte und das sechste Schaltelement als Kupplungspaar ausgebildet, wie zum Beispiel als Doppelklaue. Ein Kupplungspaar hat den Vorteil, dass damit Bauraum eingespart werden kann. Bei einem Kupplungspaar gibt es in der Regel drei Betriebszustände für das Kupplungspaar: beide Kupplungen offen, erste Kupplung offen und zweite Kupplung geschlossen oder erste Kupplung geschlossen und zweite Kupplung offen.

Das sechste Schaltelement ist als Bremse, insbesondere eine Trocken- oder Nassbremse oder als Klauenkupplung ausgeführt. Vorteilhaft wird eine

Möglichkeit zur steuerbaren Freigabe und Abbremsung der Hohlräder des ersten oder des zweiten Planetengetriebes bereitgestellt. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit der Eingangswelle oder der zweiten Eingangswelle gekoppelt und/ oder ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt.

An der Eingangswelle oder der zweiten Eingangswelle ist eingangsseitig das erste Antriebsaggregat angekoppelt. Das zweite Antriebsaggregat ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt, insbesondere über eine dritte Eingangswelle.

Vorteilhaft kann für einen generatorischen Betrieb des zweiten

Antriebsaggregates, beispielsweise einer elektrischen Maschine, beispielsweise zum Laden einer Batterie, das erste Antriebsaggregat oder der

Verbrennungsmotor mittels Schließen des ersten Schaltelements und geöffneten Schaltelemente zwei bis sieben mit der elektrischen Maschine verbunden werden. Da dabei beide Antriebsaggregate von der Ausgangswelle abgekoppelt sind und somit kein Drehmoment auf die Ausgangswelle übertragen wird, kann dieses Laden bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle, also

beispielsweise während des Stillstands eines Fahrzeugs, erfolgen. Bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle wird eine direkte Übertragung der rotatorischen Energie des ersten Antriebsaggregates zum zweiten

Antriebsaggregat oder umgekehrt ermöglicht.

Ein erster leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT-Modus) wird durch Schließen des zweiten und des dritten Schaltelements und Öffnen des ersten, des vierten, des fünften, des sechsten und des siebten Schaltelements ermöglicht. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf das erste

Planetengetriebe und die elektrische Maschine auf das zweite Planetengetriebe, welches mit der Ausgangswelle verbunden ist. Dabei lässt sich das

Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle über einen weiten Bereich mittels Vorgabe einer Drehzahl oder eines Drehmomentes des zweiten Antriebaggregates kontinuierlich variieren. Vorteilhaft wird ein leistungsverzweigter Betrieb, oder auch eCVT-Modus genannt, ermöglicht, bei dem sowohl die Vortriebsleistung an der Ausgangswelle, als auch die

Ladeleistung für den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine unabhängig voneinander einstellbar sind. Vorteilhaft wird ein Laden im Stand oder im Kriechen (>0km/h bis ca. 10KM/h) und ein sanfter komfortabler

Übergang vom Modus Standladen in den Modus Kriechladen und den Modus Fahren mit fester Übersetzung, bzw. im festem Gang ermöglicht.

Ein zweiter leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes wird durch Schließen des vierten und des fünften Schaltelements und Öffnen des ersten, des zweiten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements ermöglicht. Weiter ergibt sich ein dritter leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes durch Schließen des dritten, des vierten und des siebten Schaltelements und Öffnen des ersten, des zweiten, des fünften und des sechsten Schaltelements. Für den zweiten und dritten leistungsverzweigten Betrieb des Getriebes gilt das gleich wie für den ersten leistungsverzweigten Betrieb des Getriebes.

Bei geöffneten ersten, zweiten und vierten Schaltelement ist die Eingangswelle, und somit das erste Antriebsaggregat, von der Ausgangswelle abgekoppelt. Bei zusätzlich geschlossenem fünften und sechsten Schaltelement und geöffnetem dritten und siebten Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine erste Übersetzung (erste elektrische Übersetzung) mit der Ausgangswelle verbunden, so dass ein Antreiben der Ausgangswelle nur mittels des zweiten

Antriebsaggregates erfolgen kann. Bei geschlossenem dritten, sechsten und siebten Schaltelement und geöffnetem fünften Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine zweite Übersetzung (zweite elektrische Übersetzung) mit der Ausgangswelle gekoppelt. Dies ist eine zweite elektrische Übersetzung für einen alleinigen Antrieb mittels des zweiten Antriebsaggregates. Weiter ergibt sich bei geschlossenem dritten, fünften und siebten Schaltelement und geöffnetem sechsten Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine dritte Übersetzung (dritte elektrische Übersetzung) mit der Ausgangswelle gekoppelt, so dass ein Antreiben der Ausgangswelle nur mittels des zweiten Antriebsaggregates erfolgen kann.

Mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des ersten Schaltelements kann aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat mit der ersten elektrischen Übersetzung das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Dabei ist ein Start des zweiten Antriebsaggregats für die Fahrt mit der ersten Getriebe-Übersetzung besonders komfortabel. Weiter kann mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des ersten

Schaltelements kann aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat mit der dritten elektrischen Übersetzung das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein

Verbrennungsmotor ist. Dabei ist ein Start des zweiten Antriebsaggregats für die Fahrt mit der dritten Getriebe-Übersetzung besonders komfortabel.

Zusätzlich kann auch mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des ersten Schaltelements kann aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat mit der zweiten elektrischen Übersetzung das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Dabei ist ein Start des zweiten Antriebsaggregats für die Fahrt mit der siebten Getriebe-Übersetzung besonders komfortabel.

Es besteht auch die Möglichkeit, dass das erste Antriebsaggregat beispielsweise als elektrische Maschine ausgestaltet ist und das zweite Antriebsaggregat beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. In einer solchen Konfiguration können sich mittels des Getriebes andere Funktionalitäten und Betriebsmodi für das Zusammenwirken der Komponenten ergeben, die hier nicht weiter ausgeführt werden.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ändern der

Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zugkraftunterbrechungsfrei.

Ein Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes, insbesondere ein Schalten in einen anderen Gang oder in einen anderen Betriebsmodus des Getriebes erfolgt zugkraftunterbrechungsfrei, wenn insbesondere für den Wechsel aus einem Betriebsmodus des Getriebes in einen anderen eines der Schaltelement seinen Zustand beibehält, ein zweites der Schaltelemente aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand überführt wird und ein drittes der Schaltelemente aus einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt wird. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, bei dem das Wechseln der Gangstufen ohne eine Unterbrechung der Zugkraft ermöglicht wird. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe eine

Ansteuerung zur Ansteuerung mindestens eines der Schaltelemente in

Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals.

Es ist eine Ansteuerung vorgesehen welche in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals, beispielsweise ein angefordertes Drehmoment, eine vorgegebene Drehzahl, oder ein bestimmter Betriebspunkt der

Antriebsaggregate, mindestens eines der Schaltelemente ansteuert. Die genannten Parameter des Betriebsvorgabesignals können auf die

Ausgangswelle des Getriebes, auf die Eingangswelle oder auf die mit den Antriebsaggregaten zu verbindenden Wellen bezogen sein. Vorteilhaft wird eine Steuerung des Getriebes ermöglicht.

Ferner betrifft die Erfindung eine Hybrid-Antriebsanordnung mit einem Getriebe, wobei die Hybridantriebsanordnung ein erstes Antriebsaggregat und ein zweites Antriebsaggregat und/ oder einen Pulswechselrichter und/oder eine elektrische Energiequelle umfasst.

Es wird eine Hybridantriebsanordnung mit einem bisher beschriebenen Getriebe bereitgestellt. Die Hybridantriebsanordnung umfasst eine erstes und ein zweites Antriebsaggregat. Insbesondere umfasst die Hybridantriebsanordnung einen Pulswechselrichter und/oder eine elektrische Maschine. Das erste

Antriebsaggregat ist insbesondere mit der Eingangswelle oder der zweiten Eingangswelle gekoppelt oder verbunden. Das zweite Antriebsaggregat ist insbesondere mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt oder verbunden. Der Pulswechselrichter ist insbesondere zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates, insbesondere einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Hierzu wandelt das zweite Antriebsaggregat insbesondere die elektrische Energie einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle, um. Vorteilhaft wird eine Hybridantriebsanordnung, welche für den Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet ist, bereitgestellt.

Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einer beschriebenen

Hybridantriebsanordnung. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Hybridantriebsanordnung umfasst. Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

Ermitteln eines Betriebsvorgabesignals;

Ansteuern mindestens eines der Schaltelemente zur Einstellung der

Funktionalität des Getriebes in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals (BV).

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe bereitgestellt. Dabei wird ein Betriebsvorgabesignal ermittelt.

Mindestens eines der Schaltelemente wird zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes oder eines entsprechenden Betriebsmodus in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals geschlossen oder geöffnet. Das Betriebsvorgabesignal wird in Abhängigkeit einer Betriebsstrategie, eines Fahrerwunsches oder Fahrpedals, eines Batteriemanagementsystems oder anderer beispielsweise in einem Fahrzeug verfügbaren Systemen vorgegeben. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals werden die Schaltelemente zur Einstellung der entsprechenden Funktionalität oder des Betriebsmodus des Getriebes angesteuert, insbesondere die Kupplungen oder Bremsen geschlossen oder geöffnet. Die Funktionalität des Getriebes oder der Betriebsmodus sind insbesondere die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangstufen, oder die verschiedenen Modi oder Betriebsmodi, beispielsweise ein generatorischer Betrieb des zweiten Antriebsaggregates bei stillstehender Ausgangswelle oder der eCVT-Modus. Vorteilhaft wird ein Verfahren für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Getriebes entsprechend auf die Hybridantriebsanordnung, das Fahrzeug bzw. das

Verfahren und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung der

Hybridantriebsstranganordnung mit einem Getriebe.

Figur 2: eine Schaltmatrix des Getriebes.

Figur 3: eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Gänge

Figur 4: ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einer

Hybridantriebstranganordnung.

Figur 5: ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Betrieb einer

Hybridantriebstranganordnung.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine Hybridantriebstranganordnung 200 mit einem ersten Antriebsaggregat 7, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem zweiten Antriebsaggregat 8, insbesondere einer elektrischen Maschine und einem Getriebe 100. Insbesondere umfasst die Hybridantriebstranganordnung einen Pulswechselrichter 60 zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates 8 mit elektrischer Energie. Weiter umfasst die Hybridantriebstranganordnung 200 insbesondere eine elektrische Energiequelle 70, welche mit dem

Pulswechselrichter 60 verbunden ist. Das Getriebe 100 umfasst die

Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 11. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Planetengetriebe 5 und ein zweites Planetengetriebe 6. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Schaltelement SEI, ein zweites

Schaltelement SE2 und ein drittes Schaltelement SE3. Das erste Schaltelement SEI, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle 10 mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das zweite Schaltelement SE2, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle mit dem Hohlrad Hl des ersten

Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Das dritte Schaltelement SE3, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, das Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes 5 mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Der Planetenträger PI des ersten

Planetengetriebes 5 ist fest gekoppelt mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6. Die Ausgangswelle 11 ist mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6 fest verbunden.

Weiter kann das Getriebe 100 eine zweite Eingangswelle 10a, eine optionale dritte Eingangswelle 10c und eine erste Getriebewelle 10b sowie einen

Stirnradsatz 16 und einen optionalen zweiten und dritten Stirnradsatz 17, 18 aufweisen. Die Eingangswelle 10 ist über ein Stirnradsatz 16 mit der zweiten Eingangswelle 10a verbunden.

Weiter kann das Getriebe 100 ein viertes Schaltelement SE4, ein fünftes

Schaltelement SE5, ein sechstes Schaltelement SE6 und/oder ein siebtes Schaltelement SE7 umfassen. Das vierte Schaltelement SE4, insbesondere eine Kupplung ist dazu eingerichtet, die zweite Eingangswelle 10a mit der ersten Getriebewelle 10b zu verbinden oder zu trennen. Dabei kann das vierte

Schaltelement SE4 über einen optionalen zweiten Stirnradsatz 17 mit der ersten Getriebewelle 10b gekoppelt sein. Das fünfte Schaltelement SE5, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die erste Getriebewelle 10b dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das siebte Schaltelement, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet die erste Getriebewelle 10b mit dem Hohlrad Hl des ersten Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Das sechste Schaltelement SE6, insbesondere eine Bremse, ist mit der ersten Getriebewelle 10b gekoppelt, beispielsweise über ein optionalen zweiten Stirnradsatz 17, und ist dazu eingerichtet, über das siebte Schaltelement SE7 das Hohlrad Hl des ersten Planetengetriebes 5 und/oder über das vierte Schaltelement SE4 das Hohlrad H2 des zweiten

Planetengetriebes 6 freizugeben oder abzubremsen, insbesondere in dem die Bremse das abzubremsende Hohlrad Hl, H2 mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt.

Weiter ist das sechste Schaltelement SE6 über das vierte Schaltelement SE4 mit der zweiten Eingangswelle 10a koppelbar verbunden. In diesem Beispiel sind das zweite und das siebte Schaltelement SE2, SE7 sowie das vierte und das sechste Schaltelement SE4, SE6 jeweils als

Kupplungspaar, insbesondere als Doppelklauenkupplung, ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass damit sehr bauraumsparend die Kupplungen realisiert werden können. Zusätzlich ergibt sich, dass ein Kupplungspaar drei Zustände aufweisen kann: 1) erste Kupplung geschlossen und zweite Kupplung offen, 2) erste Kupplung und zweite Kupplung offen, 3) erste Kupplung offen und zweite Kupplung geschlossen. Dies bedeutet, dass bei dem zweiten und dem siebte Schaltelement SE2, SE7 nur ein Schaltelement geschlossen sein kann. Für das vierte und sechste Schaltelement SE4, SE6, gilt dies entsprechend.

Des Weiteren können das erste, das dritte und das fünfte Schaltelement jeweils als Lastschaltelemente, wie beispielsweise als Reibkupplung, ausgebildet sein.

Das Getriebe ist weiter dazu eingerichtet, für den Betrieb mit einem ersten Antriebsaggregat 7 über die Eingangswelle 10 oder die zweite Eingangswelle 1 gekoppelt oder verbunden zu werden. In der Figur 1 ist dazu dargestellt, dass die Welle des Antriebsaggregates 7 mit der zweiten Eingangswelle 10 verbunden ist. Über Stirnradsätze 16, 17 kann die Kraft von der Eingangswelle 10 auf die zweite Eingangswelle 10a bzw. von der zweiten Eingangswelle 10a auf die erste Getriebewelle übertragen werden. Das zweite Antriebsaggregat 8, insbesondere eine elektrische Maschine, ist für den Betrieb des Getriebes 100 wie in der Figur 1 dargestellt mittels eines optionalen Stirnradsatzes 18 mit einer dritten

Eingangswelle 10c verbunden. Über die dritte Eingangswelle 10c ist das zweite Antriebsaggregat 8 mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 gekoppelt oder verbunden.

Nicht dargestellt in Figur 1 sind beispielweise ein optionaler weiterer Stirnradsatz an der Ausgangswelle 11. Für eine Optimierung der Übersetzungsverhältnisse kann die Ausgangswelle 11 beispielsweise über einen Abtrieb, insbesondere einen Stirnradsatz, beispielsweise mit einem Differential verbunden werden, über welches die Bewegungen auf die Räder 310 übertragen werden.

Für die Ansteuerung der Schaltelemente ist eine Ansteuerung 50 vorgesehen, die das Verfahren zum Betrieb der Hybridantriebsanordnung mit dem Getriebe ausführt. Mittels der Pfeile an der Ansteuerung 50 sind die Steuerleitungen - In zwischen der Ansteuerung 50 und den Schaltelementen SE1...SE7 angedeutet. Diese Steuerleitungen sind für eine verbesserte Darstellung nicht vollständig eingezeichnet. Die Kommunikation zwischen den Schaltelementen und der Vorrichtung kann jedoch auch mittels eines BUS-Systems oder kabellos erfolgen.

Figur 2 zeigt eine Schaltmatrix des Getriebes. In den Spalten sind die einzelnen Schaltelemente SE1...SE7 angegeben und in der letzten Spalte beispielhaft ein sich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ergebendes

ungefähres Übersetzungsverhältnis i. In den Zeilen sind die unterschiedlichen Gangstufen, Gänge oder Betriebsmodi des Getriebes angegeben. Mittels Kreuze ist in der Schaltmatrix dargestellt, welches der Schaltelemente aktiviert sein muss, damit sich der entsprechende Gang oder Betriebsmodus einstellt. Mit Aktivierung der Schaltelemente ist hierbei insbesondere gemeint, dass eine Kupplung geschlossen wird oder eine Bremse betätigt wird, sodass über die Kupplung eine Kraft von einer Welle auf eine weitere Welle übertragen werden kann und mittels der Bremse eine Kraft auf einen Fixpunkt, insbesondere das Getriebegehäuse, übertragen werden kann. Dabei bedeutet ein Kreuz X, dass das Schaltelement geschlossen und belastet ist. Ein Kreuz in Klammern (X) bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen und unbelastet ist. Die

Aktivierung dieser Schaltelemente ist optional. Es ergibt sich allerdings dadurch der Vorteil, dass einfacheres und insbesondere zugkraftunterbrechungsfreie Schalten in einen anderen Gang ermöglicht wird.

Aus der Schaltmatrix ist ersichtlich, dass sich je nach Kombination der sieben Schaltelemente acht Gänge G1...G7, R einstellen lassen, wobei der erste Gang Gl das höchste Übersetzungsverhältnis und der siebte Gang G7 das niedrigste Übersetzungsverhältnis aufweist. Der Gang R ist der Rückwärtsgang. Bei diesen Gängen liegt zwischen Eingangs- und Ausgangswelle in festes

Drehzahlverhältnis entsprechend der Übersetzung an und ein erstes und zweites Antriebsaggregat treiben entweder jeweils einzeln oder zusammen die

Ausgangswelle 11 an. Insbesondere sind dies verbrennungsmotorische oder hybridische Gänge, beispielsweise wenn das Antriebsaggregat ein

Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat eine elektrische

Maschine ist. Diese Gänge ermöglichen auch eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors, so dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden kann und ein Laden einer Batterie während des Betriebs, insbesondere Fährbetrieb eines Fahrzeugs, erfolgen kann. In den folgenden Zeilen der Matrix schließen sich die drei Gänge E1... E3 oder Betriebsmodi an, in denen nur das zweite Antriebsaggregat mit der

Ausgangswelle 11 verbunden ist. Hierzu müssen insbesondere das erste, das zweite und das vierte Schaltelement SEI, SE2, SE5 geöffnet sein, damit keine Verbindung zum ersten Antriebsaggregat besteht. Dies sind insbesondere elektromotorische Gänge, beispielsweise wenn das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine ist. Vorteilhaft kann in diesen Gängen ein Fahrzeug lokal emissionsfrei betrieben werden.

Durch Schließen des zweiten Schaltelementes SE2, des dritten Schaltelements SE3, des vierten Schaltelements SE4, des fünften Schaltelements SE5 und/oder des siebten Schaltelements SE7 und entsprechend geöffneten anderen

Schaltelementen ergeben sich mehrere leistungsverzweigte Betriebe, der eCVT- Modus, welche eine voneinander unabhängige Vortriebsleistung an der

Ausgangswelle 11 und Ladeleistung des zweiten Antriebsaggregates 8 ermöglichen. Insgesamt ergeben sich je nach Kombination der Schaltelemente SE2...SE5, SE7 drei eCVT-Modi eCVTl, eCVT2, eCVT3 mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen. Insbesondere eignet sich dieser Betriebsmodus zum hybridischen Anfahren bei niedrigem Batterieladezustand, da ein stufenloses Verändern der Übersetzungsverhältnisse und damit insbesondere stufenloses Beschleunigen bei gleichzeitigem generatorischen Betrieb des zweiten

Antriebsaggregates 8 möglich ist.

Ein weiterer Modus CH, oder auch Standladen genannt, ergibt sich, wenn nur das erste Schaltelement SEI geschlossen ist und alle weiteren sechs

Schaltelemente SE2...SE7 geöffnet sind. Die Antriebsaggregate 7 und 8 werden dabei miteinander gekoppelt, wobei keine Verbindung zur Ausgangswelle 11 besteht. In diesem Betriebsmodus kann während des Stillstands der

Ausgangswelle, insbesondere eines Fahrzeugs, mittels des ersten

Antriebsaggregates 7 das zweite 8 angetrieben werden, beispielsweise generatorisch zum Laden einer elektrischen Energiequelle 70, beispielsweise eine Batterie, verwendet werden. Alternativ kann mittels des zweiten

Antriebsaggregates 8 auch das erste Antriebsaggregat 7 angetrieben werden und beispielsweise ein Verbrennungsmotorstart oder eine Diagnose des

Verbrennungsmotors durchgeführt werden, falls das erste Antriebsaggregat 7 ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat 8 eine elektrische Maschine ist.

Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Gänge. Auf der linken Seite sind die drei elektromotorischen Gänge E1... E3 und in der Mitte die acht

verbrennungsmotorischen Gänge G1...G7, R auf der rechten Seite die drei eCVT-Gänge dargestellt. Dabei symbolisiert der durchgezogene Pfeil zugkraftunterbrechungsfreie Übergänge zwischen zwei Gängen und der gestrichelte Pfeil einen normalen Übergang zwischen zwei Gängen. So ist es bei den verbrennungsmotorischen Gänge Gl bis R es immer möglich in den nächsthöheren Gang zu schalten. Des Weiteren kann vom ersten Gang Gl in den dritten Gang G3, vom dritten Gang G3 in den fünften Gang G5, vom fünften Gang G5 in den siebten Gang G7 zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Vom ersten Gang Gl und vom siebten Gang G7 kann jeweils zugkraftunterbrechungsfrei in den achten Gang R, den Rückwärtsgang, geschalten werden. Zwischen dem ersten elektromotorischen Gang El kann zugkraftunterbrechungsfrei in den zweiten elektromotorischen Gang E2 gewechselt werden.

Weiter kann vom ersten elektromotorischen Gang El der Verbrennungsmotor im ersten Gang Gl gestartet werden, ohne dass ein zusätzlicher Anlasser notwendig ist, ein sogenannter Komfortstart. Ein Komfortstart zeichnet sich dadurch aus, dass der Start zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt. Vom ersten elektromotorischen Gang El kann der Verbrennungsmotor auch im zweiten Gang G2 gestartet werden. Allerdings ist dieser Startvorgang dann nicht so komfortabel wie ein Start im ersten verbrennungsmotorischen Gang Gl. Vom zweiten elektromotorischen Gang E2 aus ist ein Komfortstart des

Verbrennungsmotors im achten Gang R möglich. Ein Komfortstart des

Verbrennungsmotors im dritten Gang G3 ist aus dem dritten elektromotorischen Gang E3 möglich.

Bei den eCVT-Gängen ist ein zugkraftunterbrechungsfreier Übergang zum nächsten Gang möglich. Des Weiteren ist ein zugkraftunterbrechungsfreier Übergang vom ersten eCVTl-Gang in den ersten, zweiten und dritten

verbrennnungsmotorischen Gang Gl, G2, G3, vom zweiten eCVT2-Gang in den fünften, sechsten und siebten verbrennungsmotorischen Gang G5, G6, G7 sowie vom dritten eCVT3-Gang in den sechsten und siebten verbrennungsmotorischen Gang G6, G7 möglich.

Figur 4 zeigt ein Fahrzeug 300 mit Rädern 310, wobei das Fahrzeug eine Hybridantriebsanordnung 200, wie oben beschrieben, umfasst.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung 200 mit einem Getriebe 100. Mit Schritt 405 startet das Verfahren. In Schritt 410 wird ein Betriebsvorgabesignal BV ermittelt und in Schritt 420 mindestens eines der Schaltelemente SE1...SE7 zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes 100 in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals BV angesteuert. Mit Schritt 425 endet das Verfahren. Das Betriebsvorgabesignal BV ist hierbei entweder ein Parameter für eine physikalische Größe im Getriebe 100 wie z.B. ein Drehmoment oder eine Drehzahl oder eine zu übertragende

Leistung, welche an einer Komponente des Getriebes 100 anliegen oder übertragen werden soll. Diese Komponenten sind insbesondere Eingangswelle 10, Ausgangswelle 11 aber auch die Parameter an den Antriebsaggregaten 7, 8 oder den Schaltelementen SE1...SE7. Darüber hinaus kann das

Betriebsvorgabesignal BV auch einen bestimmten Betriebsmodus wie einen der acht verbrennungsmotorischen Gänge G1...G7, R oder der drei

elektromotorischen Gänge E1...E3, welche nur mit dem zweiten

Antriebsaggregat betrieben werden, oder auch die besonderen Funktionen eCVT eCVTl, eCVT2, eCVT3 oder Standladen CH darstellen. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals BV werden die Schaltelemente SEI bis SE7

entsprechend der Schaltmatrix angesteuert, um das Getriebe 100 in den entsprechenden Gang oder Betriebsmodus zu schalten. Für eine

zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen den einzelnen Gängen oder Betriebsmodi ist es notwendig, dass eines der Schaltelemente SE1...SE7 seinen Zustand vor und nach der Schaltung beibehält, wobei ein weiteres Schaltelement während des Schaltens aus dem geöffneten in den geschlossenen Zustand übergeht, während ein anderes aus dem geschlossenen in den geöffneten Zustand übergeht.