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

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

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WO2019038207A1
WO2019038207A1 PCT/EP2018/072357 EP2018072357W WO2019038207A1 WO 2019038207 A1 WO2019038207 A1 WO 2019038207A1 EP 2018072357 W EP2018072357 W EP 2018072357W WO 2019038207 A1 WO2019038207 A1 WO 2019038207A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
switching
switching position
electric machine
input shaft
shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/072357
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten TRAUTMANN
Christian Meixner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to US16/641,343 priority Critical patent/US11137072B2/en
Priority to CN201880054749.0A priority patent/CN111032404A/zh
Publication of WO2019038207A1 publication Critical patent/WO2019038207A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a transmission device for a motor vehicle having an operatively connected to a drive device of the motor vehicle input shaft and a first output shaft and a second output shaft and has a planetary gear configured as Stirnraddifferentialgetriebe, via which the input shaft and an intermediate shaft with the first Output shaft and the second output shaft are coupled.
  • the invention further relates to a transmission device for a motor vehicle.
  • the transmission device serves, for example, to transmit a torque between a drive device of the motor vehicle on the one hand and a wheel axle of the vehicle on the other hand.
  • the wheel axle with the drive device is operatively connected or at least operatively connected.
  • the wheel axle is accordingly present as a driven wheel axle. It can be configured as a front wheel axle or as a rear wheel axle of the motor vehicle.
  • the transmission device has the input shaft and the first output shaft and the second output shaft.
  • the input shaft of the transmission device is connected to the drive device of the motor vehicle, preferably via a manual transmission and / or a clutch, in particular a starting clutch.
  • a manual transmission and / or a clutch in particular a starting clutch.
  • the clutch is preferably designed as a clutch and particularly preferably as a starting clutch.
  • the drive device has at least one drive unit, which is designed, for example, as an internal combustion engine or as an electrical machine.
  • the drive device can also be present as a hybrid drive device and insofar have several drive units, which are preferably of different types.
  • one of the drive units is for example as an internal combustion engine or another of the drive units as an electrical machine.
  • the drive device has a plurality of drive units, then it is preferably configured such that the drive units jointly provide, at least temporarily, a drive torque directed at the driving of the motor vehicle.
  • the input shaft of the transmission device is coupled via the planetary gear both with the first output shaft and with the second output shaft, in particular permanently.
  • the planetary gear represents a spur wheel differential element, that is to say a differential gear which has a plurality of spur gears meshing with one another.
  • the Stirnraddifferentialgetriebe works as a differential gear or differential gear.
  • WO 2016/066732 A1 is known from the prior art.
  • This relates to a transmission device for a motor vehicle having an operatively connected to a drive unit input shaft and a first output shaft and a second output shaft, wherein the first output shaft via a first gear with a first part of a shaft axis and the second output shaft via a second gear is operatively connected or operatively connected to a second partial shaft of the wheel axle.
  • an electric machine is coupled in a first switching position of a switching device to the input shaft and in a second switching position of the switching device with the intermediate shaft, and that the electric machine in the presence of the first switching position for acting on the input shaft with a torque and torque is operated in the presence of the second switching position for providing a differential torque and / or a differential speed between the first output shaft and the second output shaft, wherein the electric machine at a differential torque of zero and / or a differential speed of zero operated at a non-zero speed becomes.
  • the electric machine can be used both for providing additional torque to the input shaft and for realizing "torque vectoring" functionality, the former being the case if the electric machine is coupled to the input shaft,
  • torque vectoring In the case of coupling to the intermediate shaft, in the case of providing the additional torque to the input shaft, it is superimposed with the drive torque provided by the drive means, and the torque provided by the electric machine can be positive or negative, so that ultimately the electric machine is operated either as an electric motor or as a generator.
  • the electric machine can be selectively coupled to the input shaft or the intermediate shaft. More preferably, the switching device selectively serves to decouple the electric machine from both the input shaft and the intermediate shaft, connect it to the input shaft while decoupled from the intermediate shaft, or connect it to the intermediate shaft while traveling from the intermediate shaft the input shaft is decoupled.
  • the switching device is formed, for example, positively. However, a non-positively acting switching device can be realized.
  • the switching device allows the setting of at least two switching positions, namely the first switching position and the second switching position.
  • the electric machine In the first switching position, the electric machine is rotatably coupled to the input shaft and in the second switching position with the intermediate shaft.
  • a third switching position is additionally provided, in which the electric machine is decoupled from both the input shaft and from the intermediate shaft.
  • the third shift position can also be referred to as an intermediate position.
  • the electric machine is operated to act on the input shaft with the torque. If, on the other hand, the second switching position is present, the differential torque and / or the differential rotational speed between the first output shaft and the second output shaft should be determined by means of the electric machine. le be set, in particular to a desired differential torque. It is preferably provided that even in the second switching position by means of the electric machine directed to the driving of the motor vehicle torque is provided. The electric machine should therefore not only serve to provide the differential torque and / or the differential speed in the presence of the second switching position, but also drive the motor vehicle. For this purpose, when the second switching position is present, the electric machine is (also) operated at a differential torque of zero and / or a differential rotational speed of zero with a non-zero rotational speed.
  • a further embodiment of the invention provides that prior to switching from the first switching position to the second switching position, the electric machine is operated at a rotational speed proportional to the rotational speed of the input shaft in a certain direction of rotation.
  • the electric machine is the application of the torque to the input shaft. In this case, it is operated speed-adapted to the input shaft, thus corresponding to a speed proportional to the speed of the input shaft.
  • there is the specific direction of rotation of the electric machine which also depends on the direction of rotation of the input shaft.
  • a certain first direction of rotation of the input shaft is a certain first direction of rotation of the electric machine and in a second direction opposite to the first direction of rotation of the input shaft, a second direction of rotation of the electric machine before, which is different from the first direction of rotation of the electric machine.
  • a further embodiment of the invention provides that when switching from the first shift position to the second shift position or vice versa, the electric machine is set load-free. Underneath is too understand that the electric machine does not provide torque, but rotates it empty. In particular, the electric machine is thus adjusted so that it has a rotational speed which is further proportional to the rotational speed of the input shaft. By unlocking the load of the electric machine, a smooth switching of the switching device is possible.
  • a development of the invention provides that in the switching from the first switching position to the second switching position or vice versa, an intermediate position is set to the switching device in which the electric machine is decoupled from the input shaft and the intermediate shaft, and a speed synchronization is performed.
  • the electric machine In the intermediate position, the electric machine is completely decoupled from both the input shaft and from the intermediate shaft.
  • the rotational speed of the electric machine can basically be chosen freely, namely in particular independently of the rotational speed of the input shaft and the rotational speed of the intermediate shaft.
  • the intermediate position of the switching device can therefore be made without further speed synchronization of the electric machine, during which the speed of the electric machines is set such that changing to the first switching position or the second switching position without speed difference and therefore smoothly possible.
  • a further embodiment of the invention provides that when switching from the first switching position to the second switching position, or vice versa, an absolute value of the rotational speed of the electric machine is always kept greater than a minimum rotational speed. It was explained above that in the first switching position, the electric machine is always operated at the speed proportional to the speed of the input shaft. In the second switching position, on the other hand, there is a rotational speed of the electrical machine which is proportional to the rotational speed of the intermediate shaft. While the switching between the two switch positions should occur no or at most a slight change in the speed of the electric machine. In particular, there is no significant change in the rotational speed of the electric machine, in particular in the form of a reversal of the rotational direction, in which the rotational speed of the electric machine has a zero crossing.
  • the rotational speed of the electric machine or more precisely its absolute value is always greater than the minimum rotational speed, which has a positive value.
  • the minimum rotational speed relative to the rotational speed of the electrical machine present prior to switching is at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75%, at least 80% or at least 90%.
  • at most a small speed adaptation of the electric machine is necessary, which would otherwise be time-consuming to perform. It would be disadvantageous, in particular, first to reduce the rotational speed of the electric machine to zero during the switching and then to increase it again, regardless of whether a zero crossing of the rotational speed occurs or not.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that after switching from the first switching position to the second switching position, the electric machine is operated at a speed proportional to the rotational speed of the intermediate shaft in the specific direction of rotation. In that regard, the same applies to the operation of the electric machine in the second switching position for the first switching position, however, based on the speed of the intermediate shaft instead of the speed of the input shaft. Reference is made to the above explanations. These can be used analogously.
  • a further embodiment of the invention provides that prior to switching from the first shift position to the second shift position, a torque of the electric machine acting on the input shaft is reduced by a torque difference and the drive device is adjusted to compensate for the torque difference.
  • the torque provided by the electric machine is superimposed on the drive torque applied to the input shaft of the drive device, so that the electric machine contributes to driving the motor vehicle. This is no longer the case in the second switching position, so that the additionally provided by the electric machine to the input shaft torque is at least partially eliminated and reduced by the torque difference.
  • This torque difference should be compensated by means of the drive device, for which purpose it is adjusted accordingly.
  • a torque of the electric machine acting on the input shaft is increased by a torque difference and the drive device is adjusted to equalize the torque difference.
  • the electric machine can now again provide a torque contribution for driving the motor vehicle.
  • the torque of the electric machine acting on the input shaft increases by the torque difference.
  • the drive device is now adjusted so that this torque difference is compensated.
  • a low-voltage machine is used as the electric machine.
  • a low-voltage machine is in particular an electric machine to understand, which is connected to a low-voltage onboard power of the motor vehicle.
  • the low-voltage machine is operated with an operating voltage of at most 100 V, preferably at most 50 V, in particular at most 48 V, but at least 24 V, at least 32 V or at least 40 V.
  • the rated power of the low-voltage machine based on the rated power of the drive device is preferably at least 20%, at least 30%, at least 40% or at least 50%.
  • the low-voltage machine has a rated power of at least 5 kW.
  • the invention further relates to a method for operating a motor vehicle, which has a transmission device, namely preferably a transmission device of the type described above.
  • the motor vehicle, the transmission device and the method for operating the motor vehicle can be further developed in accordance with the above statements, so that reference is made to this extent.
  • the invention also relates to a transmission device for a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to the preceding embodiments, which has a drive shaft of the motor vehicle operable input shaft and a first output shaft and a second output shaft and has a planetary gear designed as Stirnraddifferentialgetriebe over which the Input shaft and an intermediate shaft are coupled to the first output shaft and the second output shaft.
  • an electric machine is coupled in a first switching position of a switching device to the input shaft and in a second switching position of the switching device with the intermediate shaft, and that the electric machine in the presence of the first switching position for acting on the input shaft with a torque and in presence the second switching position is operated to provide a differential torque and / or a differential speed between the first output shaft and the second output shaft, wherein the electric machine is operated at a differential torque of zero and / or a zero differential speed with a non-zero speed.
  • the transmission device and the method for its operation can in turn be developed according to these.
  • the invention relates analogously to a motor vehicle with such a transmission device.
  • Figure 1 is a schematic representation of a transmission device for a
  • Figure 2 is a schematic representation of the transmission device in a second embodiment, as well
  • FIG. 3 is a schematic representation of the transmission device in a third embodiment.
  • 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a transmission device 1, which is provided here for example as part of a motor vehicle 2, not shown in detail.
  • the motor vehicle 2 has a wheel axle 3 with a first partial shaft 4 and a second partial shaft 5.
  • the wheel axle 3 or the partial shafts 4 and 5 can be driven via the transmission device 1 by means of a drive device of the motor vehicle 2.
  • the drive device is operatively connected to an input shaft 6 of the transmission device 1 or at least operatively connected.
  • the first partial wave 4 is connected to a first output shaft 7,
  • the second partial wave 5 is connected to a second output shaft 8 of the transmission device 1 or is operatively connected to the respective output shaft 7 or 8.
  • the operative connection between the first partial shaft 4 and the first output shaft 7 is established via a first transmission 9, the operative connection between the second partial shaft 5 and the second output shaft 8 via a second transmission 10.
  • the gears 9 and 10 may be in the form of angular gears. They are preferably designed as a bevel gear and have so far each have a first bevel gear 1 1 and 12 and a second bevel gear 13 and 14. It can be provided according to the present embodiment of the transmission device 1, that the subshafts 4 and 5 or their axes of rotation in lateral or radial direction with respect to the axes of rotation are offset against each other.
  • the partial shafts 4 and 5 may alternatively also be arranged coaxially with one another, that is, they are aligned with each other at least in plan view.
  • the output shafts 7 and 8 can be angled relative to the subshafts 4 and 5 or the wheel axle 3, ie at an angle greater than 0 ° and less than 180 °, for example at an angle of 90 °, to these.
  • the corresponding deflection is realized by means of the gear 9 and 10, which are in the form of the angular gear.
  • the gear 9 and 10 may alternatively be designed as a spur gear.
  • the output shafts 7 and 8 are arranged parallel to the sub-waves 4 and 5.
  • the transmission device 1 has a spur gear differential 15 via which the first output shaft 7 and the second output shaft 8 are permanently operatively connected or coupled to the input shaft 6.
  • the Stirnraddifferentialgetriebe 15 is designed as a planetary gear having a first sun gear 16, a second sun gear 17 and a planet carrier 18 on which a first planetary gear 19 and a second planetary gear 20 are each rotatably mounted.
  • the planet carrier 18 is coupled to the input shaft 6 of the transmission device 1, in particular rigid and / or permanent.
  • the first planetary gear 19 meshes with the second planetary gear 20, preferably permanently.
  • the first planetary gear 19 also meshes with the first sun gear 16, but not with the second sun gear 17.
  • the first planetary gear 19 is configured as a first stepped planetary gear 21 which is rotatably coupled to a second step planetary gear 22.
  • the two stepped planet gears 21 and 22 are rotatably mounted together on the planet carrier 18, wherein they are preferably present on opposite sides of a bearing 23 on the planet carrier 18.
  • the second stepped planetary gear 22 is coupled with an intermediate shaft 24 in a rotationally fixed manner.
  • the two output shafts 7 and 8 and the input shaft 6 and the intermediate shaft 24 are arranged coaxially with each other, so have the same axis of rotation.
  • the second output shaft 8 receives the first output shaft 7 at least in regions, as does the intermediate shaft 24 receives the input shaft 6 at least partially.
  • the Stirnraddifferentialgetriebe 15 is designed hohlradlos, so does not have a ring gear.
  • the transmission device 1 has an electric machine 25 which can be coupled by means of a switching device 26 to the input shaft 6 and / or the intermediate shaft 24.
  • the switching device 26 has a coupling element 27 which is displaceable in the axial direction according to the double arrow 28.
  • the switching device 26 has an input gear 29, a first output gear 30 and a second output gear 31.
  • an auxiliary gear 32 may be provided.
  • the coupling element 27 is now designed such that it permanently meshes with the input gear 29 of the switching device 26. In a first switching position, it additionally meshes with the first output gear 30, but not with the second output gear 31 and the auxiliary gear 32. In a second shift position, however, it meshes additionally with the second output gear 31, but not with the first output gear 30 and the auxiliary gear 32nd In a third shift position, it additionally meshes with the auxiliary gear 32, but not with the two output gears 30 and 31.
  • the input gear 29 is coupled to the electric machine 25, preferably rigid and / or permanent.
  • the first output gear 30 is firmly coupled to the input shaft 6 and the second output gear 31 fixed to the intermediate shaft 24, preferably also rigid and / or permanent.
  • the auxiliary gear 32 is decoupled from both the input shaft 6 and from the intermediate shaft 24 and so freely rotatably mounted.
  • the connection between the electric machine 25 and the switching device 26 or the input gear 29 is above a coupling planetary gear 33.
  • This has a sun gear 34, a planetary carrier 35 with planet gear 36 rotatably mounted on it and a ring gear 37.
  • the sun gear is coupled to the electric machine 25, preferably rigid and / or permanent.
  • the ring gear 37 is fixed.
  • the planet gear 36 now meshes with both the sun gear 34 and the ring gear 37.
  • the planet carrier 35 is coupled to the switching device 26, in particular the input gear 29, in particular rigid and / or permanent.
  • the electric machine 25 can be coupled either to the input shaft 6 or to the intermediate shaft 24.
  • the electric machine 25 can provide a torque which is superimposed on the input shaft 6 with a torque provided by the drive device. With the aid of the electric machine 25, the drive torque can thus be increased or decreased in this case.
  • the electrical machine 25 can be used to provide "torque vectoring" functionality, in which the drive torque applied to the input shaft 6 can be provided by providing an additional torque to the two by means of the electric machine 25 Split part waves 4 and 5, namely such that sets a desired torque distribution between them.
  • the drive torque is freely distributable to the output shafts 7 and 8 and thus to the sub-waves 4 and 5.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the transmission device 1 in a second embodiment.
  • This is fundamentally similar in construction to the first embodiment, so that only the differences are discussed below, and otherwise reference is made to the above explanations.
  • the differences lie in the design of the switching device 26.
  • the input gear 29 was designed as a ring gear, it is now present as a spur gear and is arranged in the axial direction between the first output gear 30 and the second output gear 31.
  • the functionality is identical to the switching device 26 of the first embodiment described above.
  • the auxiliary gear 32 can be omitted, which is the case here.
  • 3 shows a third embodiment of the transmission device 1 in a schematic representation.
  • the coupling planetary gear 33 is two-stage, so that the electric machine 25 is coupled via the coupling planetary gear 33 both with the input gear 29 and a further input gear 38, preferably rigid and / or permanent.
  • the coupling planetary gear 33 has a further sun gear 39, a further planetary gear 40 and a further ring gear 41.
  • the sun gear 39 is coupled to the sun gear 34 and thus to the electric machine 25, preferably rigid and / or permanent.
  • the planet gear 40 is rotatably mounted on the planet carrier 35, but independent of the planet gear 36.
  • the planet gear 40 meshes with the sun gear 39 on the one hand and on the other hand with the ring gear 41st
  • the ring gear is rotatably mounted and coupled to the input gear 38, preferably rigid and / or permanent.
  • the planet gears 36 and 40 preferably have different numbers of teeth, so that between the electric machine 25 and the input gear 29, a first translation and see between the electric machine 25 and the other input gear 38, a second translation, the two translations are different from each other ,
  • a fourth switching position of the switching device 26 may now be present, in which the coupling element 27 meshes with the input gear 38 instead of the input gear 29 while simultaneously meshing with the first output gear 30. Accordingly, a different ratio is set between the electric machine 25 and the input shaft 6 than in the first switching position.
  • the transmission device 1 described in particular has the advantage that the Stirnraddifferentialgetriebe 15 is designed without a ring and so far can be realized with a small axial space.
  • the switching device 26 allows a flexible connection of the electric machine 25, either for driving the input shaft 6 or for providing the "torque vectoring" functionality by driving the intermediate shaft 24.
  • a method is implemented in which the electric machine 25 is in the presence of the first Switching position for applying the input shaft 6 is operated with a torque and in the presence of the second switching position for providing a differential torque and / or a differential speed between the first output shaft 7 and the second output shaft 8, wherein the electric machine 25 at a differential torque of zero and / or a differential speed of zero is operated at a non-zero speed.
  • This allows for an improved propulsion of the motor vehicle 2 in the second switching position and on the other hand a faster switching between the switching positions.

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Abstract

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

Description

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

Claims

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