DE102005035327A1

DE102005035327A1 - Schaltgetriebe mit elektromechanischer Synchronisation und einer Mehrzahl von Elektromaschinen

Info

Publication number: DE102005035327A1
Application number: DE102005035327A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Raab; Rudolf Dipl.-Ing. Hörburger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe (1) mit elektromechanischer Drehzahl-Synchronisation für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Primärantrieb, welcher auf zumindest eine Eingangswelle (3) des Schaltgetriebes (1) wirkt, mit einer Steuerungseinrichtung, die so ausgelegt ist, dass diese in Abhängigkeit von eingelesenen Daten des Fahrzeugs bzw. der Antriebsaggregate unterschiedliche Betriebsarten aktivieren kann, und mit zumindest zwei unmittelbar auf das Schaltgetriebe (1) wirkenden Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) unterschiedlicher Leistungsklassen, wobei die Steuerungseinrichtung jeweils diejenige Elektromaschine (4, 5; 6, 7) aktiviert, die unter den gegebenen Randbedingungen in der Lage ist, die an die Betriebsart gestellten Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig dabei eine möglichst geringe installierte elektrische Leistung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Nutzung dieses Schaltgetriebes gemäß Patentanspruch 11.

Schaltgetriebe sind zu unterschiedlicher Zwecken mit Elektromaschinen ausgestattbar. Eine Hauptanwendung ist insbesondere bei in Kraftfahrzeugen verbauten Schaltgetrieben die Möglichkeit, drehende Getriebeteile für Schaltvorgänge hinsichtlich ihrer Drehzahl zu synchronisieren. Zudem wurde in der DE 101 33 695 A1 vorgeschlagen, das elektromotorische Antriebsmoment einer Elektromaschine zu nutzen, um damit den Hauptantriebsmotor zu unterstützen oder auch bei verhältnismäßig geringem Leistungsbedarf zu ersetzen. Daneben kann die Elektromaschine auch in einem Generatormodus betrieben werden, um das Bordnetz und/oder einen Energiespeicher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Die hierfür notwendige kinetische Energie kann entweder von dem Hauptantriebsmotor des Fahrzeugs abgenommen werden, oder durch ein Abbremsen eines rollenden Fahrzeugs, das so genannte Rekuperieren gewonnen werden. Außerdem kann eine geeignete, in oder unmittelbar an einem Schaltgetriebe angeordnete Elektromaschine bei richtiger Auslegung und Ansteuerung derselben auch zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine dienen.

Aus der DE 198 41 828 C2 ist des Weiteren ein Hybridantriebssystem bekannt, welches neben einem verbrennungsmotorisch arbeitenden Primärantrieb zwei Elektromaschinen umfasst, welche wahlweise als Generatoren oder Elektromotoren genutzt werden können und mit einem Planetengetriebe gekoppelt sind. Eine Übersetzung der Drehzahl des Primärmotors im Sinne eines Schaltgetriebes ist mit dem Planetengetriebe jedoch nicht möglich, weshalb die aus den Elektromaschinen und Planetengetriebe bestehende Einheit lediglich zur Addition der Leistungen verschiedener Motore dient, sowie ein gesondertes Schaltgetriebe vor oder hinter diesem Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist. Eine solche Konstruktion beansprucht einen erheblichen zusätzlichen Bauraum, ist mechanisch aufwendig und kostenintensiv.

Ein weiterer Hybridantrieb ist aus der DE 101 60 481 A1 bekannt. Auch bei dieser Lösung werden die Leistungen von zwei Elektromaschinen und einem Verbrennungsmotor durch ein Planetengetriebe überlagert, wobei sich auch hier ein Schaltgetriebe an der genannten Überlagerungseinheit anschließt. Dabei gehören beide Elektromaschinen offenkundig derselben Leistungsklasse an.

Die DE 195 30 233 A1 offenbart schließlich einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, wobei die Elektromaschine in einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebsarten, beispielsweise als Antriebsmotor, als Generator, als Andrehmotor zum Starten des Verbrennungsmotors und als Synchronisator für ein Wechselgetriebe betreiben werden kann. Zur Drehzahl-Synchronisation von drehenden Elementen des Schaltgetriebes für einen Gangwechsel wird die Elektromaschine elektromotorisch kurzzeitig mit einer geringen Drehzahldifferenz zur Abtriebswelle betrieben. Hierfür, insbesondere jedoch für das Einlegen eines Ganges bei stehendem Fahrzeug, wird der Elektromaschine mit einer weit geringeren Leistung beaufschlagt als zum Anfahren des Fahrzeugs.

Obwohl die Problematik der stark unterschiedlichen Leistungsanforderungen für verschiedene Betriebsarten eines solchen Elektromotors hier indirekt angesprochen wird und aus den vorgenannten Schriften Hybridantriebe mit zwei Elektromaschinen bekannt sind, ist jedoch kein Schaltgetriebe mit inte grierten Elektromaschinen bekannt, bei dem die einzelnen implementierten Betriebsarten des Getriebes bzw. des Fahrzeugs sinnvoll Elektromaschinen unterschiedlicher Leistungsklassen zugeordnet sind.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe mit zumindest zwei integrierten Elektromaschinen vorzustellen, welche bei unterschiedlichen Betriebsarten einzeln oder in Kombination so betrieben werden, dass der Gesamtwirkungsgrad eines Fahrzeugantriebsstranges gegenüber bekannten technischen Lösungen verbessert ist.

Die Lösung dieser Aufgaben ergibt sich für ein Getriebe aus den Merkmalen des Hauptanspruchs und für ein Verfahren aus den Merkmalen des Anspruchs 11, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den jeweils zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Effizienz eines Systems aus einem Primärantrieb, einem Schaltgetriebe mit mehreren wahlweise schaltbaren Gängen und einer Mehrzahl von in das Schaltgetriebe integrierten oder unmittelbar an dieses angekoppelte Elektromaschinen deutlich verbessern lässt, wenn es gelingt, dort Elektromaschinen unterschiedlicher Leistungsklassen vorzusehen, und im Betrieb jeweils bevorzugt solche Elektromaschinen zu aktivieren, welche nur einen verhältnismäßig geringen Überschuss der installierten elektrischen Leistung im Vergleich zu der angebotenen oder abgeforderten Leistung aufweisen.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Schaltgetriebe mit elektromechanischer Synchronisation für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Primärantrieb, welcher auf zumindest eine Eingangswelle des Schaltgetriebes wirkt, sowie mit einer Steuerungseinrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie in Abhängigkeit von eingelesenen Daten unterschiedliche Betriebsarten des Kraftfahrzeuges aktivieren kann, und mit zumindest zwei unmittelbar auf das Schaltgetriebe wirkende Elektromaschinen.

Unter einer unmittelbar auf das Schaltgetriebe wirkenden Elektromaschine soll dabei jede Elektromaschine verstanden werden, die entweder direkt auf eine Getriebewelle oder ein drehfest auf einer Getriebewelle befestigtes Element des Schaltgetriebes wirkt, oder mittels Übertragungsglieder auf das Schaltgetriebe wirkt, welche im Wesentlichen keine weitere Funktion als diese Drehmomentübertragungsfunktion zu erfüllen haben.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist in Verbindung mit den genannten Merkmalen zudem vorgesehen, dass die zumindest zwei der Elektromaschinen unterschiedlichen Leistungsklassen angehören, und eine erste dieser beiden Elektromaschinen eine deutlich größere maximale installierte Leistung aufweist als die zweite Elektromaschine.

Hierdurch ist es möglich, für Betriebsarten des Fahrzeugs, bei welchen relativ geringe Leistungen an die Elektromaschinen abgegeben oder von diesen abgefordert werden, jeweils eine geeignete Elektromaschine, also eine Elektromaschine mit einer relativ geringen überschüssigen Maximalleistung auszuwählen. Hierdurch lässt sich der Anteil der Verlustleistung der Elektromaschine verringern und so der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges verbessern.

Wenn gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung die Elektromaschinen integrale Bestandteile des Schaltgetriebes und/oder der Fahrkupplung sind, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau, eine gute mechanische Anbindung der Elektromaschinen und Vorteile in Bezug auf die Montage, da das Schaltgetriebe samt der Elektromaschinen als ein Modul montiert werden kann.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Elektromaschinen im Kupplungsraum des Getriebegehäuses angeordnet sind. Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass lediglich die leistungsstärkere Elektromaschine im Kupplungsraum des Getriebegehäuses und die leistungsschwächere Elektromaschine an einer Vorgelegewelle angeordnet ist.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfassen die Betriebsarten des Fahrzeugs die Drehzahl-Synchronisation des Schaltgetriebes und zumindest eine weitere Betriebsart. Dabei stellt die Betriebsart der Drehzahl-Synchronisation des Schaltgetriebes zumeist nur relativ geringe Leistungsanforderungen an die jeweilige Elektromaschine, und ist zudem auch bei häufigen Schaltvorgängen zeitlich auf einen gewissen Bruchteil der Gesamtbetriebsdauer des Systems beschränkt.

Unter den zur Verfügung stehenden Elektromaschinen unterschiedlicher Leistungsklassen ist daher meistens die Elektromaschine mit der geringsten installierten Leistung bzw. der kleinsten Leistungsklasse ausreichend stark für die Drehzahl-Synchronisation dimensioniert. Für diese Betriebsart kann daher an geeigneter Stelle im Schaltgetriebe eine den maximalen Anforderungen an diese Betriebsart ausgelegte Elektromaschine vorgesehen sein.

Bei der zumindest einen weiteren Betriebsart handelt es sich zumeist um Betriebsarten, welche eine deutlich leistungsstärkere Elektromaschine benötigen. Diese weitere Betriebsart kann in bevorzugten Ausführungsformen das Andrehen des Primärantriebs und/oder die Unterstützung der Leistung des Primärantriebs und/oder der elektromotorische Antrieb des Kraftfahrzeugs ohne Leistungsbeitrag des Primärantriebs und/oder die Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von durch den Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie und/oder die Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs sein.

Jede dieser Betriebsarten zeichnet sich durch eine im Vergleich zur Betriebsart der Drehzahl-Synchronisierung von Getriebeelementen deutlich größere aufgenommene oder abgegebene Leistung aus. Es ist daher vorteilhaft, hierfür zumindest eine Elektromaschine einer im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Elektromaschine für die Drehzahl-Synchronisation von Getriebeteilen deutlich größeren installierten elektrischen Leistung vorzusehen.

Die Steuerungsvorrichtung kann aufgrund dort abgespeicherter Programme jeweils abschätzen, wie groß die zu erwartende umzusetzende Leistung sein wird, und daraufhin einen geeignete Elektromaschine auswählen und so ansteuern, dass diese generatorisch oder elektromotorisch betrieben wird.

Da die umzusetzende Leistung verschiedener Betriebsarten jedoch entweder stets oder zumindest in den meisten Fällen innerhalb gewisser vorher bekannter Grenzen liegt, kann die Auswahl und Ansteuerung der Elektromaschinen dadurch vereinfacht werden, dass einzelne Betriebsarten jeweils wenigstens einer der Elektromaschinen zugeordnet sind.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungseinrichtung jedoch auch so ausgelegt sein, dass diese in Abhängigkeit von der bekannten oder abgeschätzten, momentanen oder für die nahe Zukunft erwarteten, umzuwandelnden Leistung und gegebenenfalls mit Hilfe weiterer Daten des Fahrzeugs und/oder der Aggregate des Antriebsstrangs die elektrisch jeweils kleinste verfügbare Elektromaschine mit ausreichender Leistung als elektromotorischen Antrieb oder als Generator auswählen und ansteuern kann.

Der Begriff der verfügbaren Elektromaschine ist hier und im Folgenden so zu verstehen, dass nur eine solche Elektromaschine als verfügbar gilt, welche aufgrund ihrer Ankopplung an das Schaltgetriebe und aufgrund ihrer Leistungsdaten in der Lage ist, den gewünschten Zweck zu erfüllen, und die au ßerdem zu diesem Zeitpunkt nicht mit einer anderen Funktion belegt ist, die ihre Fähigkeit zur Erfüllung der ersten Funktion aufhebt oder wesentlich einschränkt.

Ein Schaltgetriebe gemäß der Erfindung ist bei Fahrzeugen aller Größenordnungen dazu geeignet, den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges zu verbessern. Allerdings ist hierfür ein gewisser zusätzlicher, mit Kosten verbundener Aufwand notwendig. Dieser Aufwand ist um so eher gerechtfertigt, je größer der Unterschied zwischen den in den verschiedenen Betriebsarten benötigten Leistungen ist, und je höher die maximalen zu übertragenen Leistungen sind. Zudem amortisiert sich die zusätzliche Investition umso schneller, je mehr das beschriebene System innerhalb eines gegebenen Zeitraumes zum Einsatz kommt. Daher ist die Erfindung aufgrund der Leistungsklassen der Elektromaschinen und durchschnittlichen Nutzungszeiten der Fahrzeuge besonders vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug und insbesondere ein schweres Nutzfahrzeug ist.

Der positive Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges lässt sich noch steigern, wenn zumindest eine Kupplung vorgesehen ist, welche den Rotor zumindest einer Elektromaschine entweder wahlweise oder unter bestimmten Bedingungen drehfest mit einer Welle des Getriebes verbindet. Hierdurch können zumindest die durch Kupplungen verbundenen Teile in der Art vom restlichen Schaltgetriebe entkoppelt werden, dass diese bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs, des Primärantriebs oder einzelner Elemente des Schaltgetriebes nicht mit beschleunigt werden Die so ermöglichte Verringerung der trägen rotierenden Gesamtmasse des Schaltgetriebes wirkt sich tendenziell positiv auf den Gesamtwirkungsgrad aus. Dies schließt jedoch nicht aus, dass in bestimmten Fällen durch Schließen der Kupplungen die träge rotierende Gesamtmasse des Schaltgetriebes absichtlich erhöht wird. Neben wahlfrei zu schaltenden Kupplungen kommen hier auch Fliehkraftkupplungen und Freilaufkupplungen in Frage, die den Vorteil besitzen, ohne jede externe Ansteuerung selbsttätig ein- bzw. auszukuppeln.

Nachfolgend wird genauer auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines Schaltgetriebes mit elektromechanischer Drehzahl-Synchronisation für ein Kraftfahrzeug eingegangen, wobei das Kraftfahrzeug zumindest einen Primärantrieb aufweist, welcher auf zumindest eine Eingangswelle des Schaltgetriebes wirkt, wobei zumindest zwei Elektromaschinen vorgesehen sind, und wobei zumindest zwei der Elektromaschinen unterschiedlichen elektrischen Leistungsklassen angehören. Schließlich ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von eingelesenen Daten des Fahrzeugs und/oder der Aggregate des Antriebsstranges unterschiedliche Betriebsarten des Fahrzeugs aktiviert und hierfür unter den verfügbaren Elektromaschinen jeweils einen geeigneten Elektromaschine auswählt und ansteuert.

Dabei ist die geeignete Elektromaschine zumeist diejenige verfügbare Elektromaschine mit der geringsten noch ausreichenden maximalen installierten Leistung. In Einzelfällen kann jedoch auch eine andere Elektromaschine gewählt werden, um etwa eine ansonsten gewählte Elektromaschine für eine für die nahe Zukunft erwartete Betriebsart zu reservieren oder um genügend Reserven vorzuhalten, um auch eine unerwartet hohe anfallende und von der Elektromaschine umzuwandelnden Leistung ohne Überlastung der Elektromaschine umwandeln zu können.

Es ist dabei sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung für eine Betriebsart des Synchronisierens von drehenden Getriebeelementen, bei der die maximale benötigte Leistung relativ gering und zudem gut abschätzbar ist, zumindest die leistungsschwächere Elektromaschine derart ansteuert, dass diese elektromotorisch wirksam ist. Die dazu alternative Ansteuerung einer Elektromaschine mit einer deutlich höheren installierten elektrischen Leistung ver spricht hier aufgrund der zu beschleunigenden trägen Massen keine Vorteile und würde in den meisten Fällen zu einem geringeren Wirkungsgrad der Elektromaschine und somit zu einer höheren Verlustleistung sowie zu einer unerwünscht erhöhten Wärmeeinbringung führen.

Andererseits ist es sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung für eine Betriebsart des Andrehens des Primärantriebmotors und/oder für eine Betriebsart des elektromotorischen Antriebs des Kraftfahrzeugs mit oder ohne Leistungsbeitrag des Primärantriebsmotors, also zum elektrischen Fahren zumindest einen Elektromaschine mit einer höheren Leistungsklasse als der kleinsten Leistungsklasse ansteuert, da ein Elektromaschine mit einer vergleichsweise geringen installierten elektrischen Leitung in den meisten Fällen nicht in der Lage wäre, die benötiget Leistung zu liefern.

Neben diesen relativ leicht und eindeutig verschiedenen Leistungsklassen von Elektromaschinen zuordnungsfähigen Betriebsarten existieren jedoch auch Betriebsarten des Kraftfahrzeuges, welche eine relativ große Leistungsbandbreite abdecken. Hierbei ist es sinnvoll, wenn die Steuerungseinrichtung insbesondere für die Betriebsarten der Unterstützung der Antriebsleistung des Primärmotors und/oder der Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von durch den Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie und/oder der Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs jeweils diejenige unter den hierfür verfügbaren Elektromaschinen auswählt, welche die kleinste ausreichende installierte elektrische Leistung aufweist und diese betriebssituationsgerecht ansteuert.

Sollte die Leistung der von der Steuerungseinrichtung gewählten Elektromaschine durch eine Änderung von Randbedingungen, wie etwa einer veränderten Stellung des Fahrpedals oder des Bremspedals, nicht ausreichen, so kann die Steuermgseinrichtung wahlweise eine weitere verfügbare Elektroma schine derselben Leistungsklasse hinzuschalten oder stattdessen eine Elektromaschine einer größeren Leistungsklasse aktivieren.

Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser ist ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 1 in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt, welches über mehrere einzeln schaltbare Gänge verfügt. Eine Fahrkupplung 2 ist baulich weitgehend in das Getriebegehäuse 10 integriert bzw. schließt unmittelbar an dieses an.
Ein nicht gezeigter Primärantrieb, gewöhnlich eine Verbrennungskraftmaschine, kann über die Fahrkupplung 2 ein Drehmoment in die Eingangswelle 3 des Schaltgetriebes 1 einleiten. Weiter ist eine erste Elektromaschine 4, 5 mit einem Stator 4 und einem Rotor 5 in dem Kupplungsraum 9 so angeordnet, dass ein von dieser ersten Elektromaschine 4, 5 abgenommenes oder eingebrachtes Drehmoment in diesem Beispiel über die Kupplung 2 auf die Eingangswelle 3 des Schaltgetriebes 1 wirkt. Eine zweite Elektromaschine 6, 7 mit einem Stator 6 und einem Rotor 7 wirkt auf die Vorgelegewelle 8 des Schaltgetriebes 1.
Die maximale Leistung der zweiten Elektromaschine 6, 7 ist im Vergleich zur maximalen Leistung der ersten Elektromaschine 4, 5 wesentlich kleiner, bevorzugt wenigstens um den Faktor 5 und besonders bevorzugt um wenigstens den Faktor 10.
Eine nicht gezeigte Steuerungseinrichtung liest unterschiedliche Betriebsdaten des Fahrzeugs bzw. über die aktuellen Fahrsituation und die Aggregate des Antriebsstrangs ein. Zu diesen Daten können beispielsweise die Motordrehzahl und die aktuelle Motorleistung des Primärantriebes sowie die Stellung eines Fahrpedals, eines Bremspedals und gegebenenfalls eines Gangwahlhebels und eines Kupplungspedals gehören. Des Weiteren können dazu Getriebedaten wie beispielsweise Getriebedrehzahlen verschiedener Getriebewellen sowie Informationen über einen aktiven oder zu aktivierenden Gang gehören. Weitere Daten, etwa die Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder den Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug betreffend, können ebenfalls mit herangezogen werden.
Ausgehend von diesen Daten wählt die Steuerungseinrichtung eine von mehreren vordefinierten und dort abgespeicherten Betriebsarten aus. In diesem Beispiel sollen als Betriebsarten das Andrehen des Primärantriebs (also einer Brennkraftmaschine), das alleinige elektromotorische Fahren, die Gewinnung von elektrischer Energie aus vom Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie, das Rekuperieren und die Drehzahl-Synchronisation von drehenden Getriebeelementen zum Einlegen eines Ganges auswählbar sein.
Die Steuerungseinrichtung wählt für jede dieser Betriebsarten eine jeweils geeignete Elektromaschine 4, 5 oder 6, 7 aus. Dabei wählt sie jeweils unter den in diesem Fall zwei Elektromaschinen 4, 5 bzw. 6, 7 diejenige aus, die in der Lage ist, die gewünschte Aufgabe zu übernehmen und dabei eine möglichst geringe maximale installierte Leistung aufweist.
Einige der genannten Betriebsarten lassen sich eindeutig einzelnen Elektromaschinen 4, 5 oder 6, 7 zuordnen, da entweder die jeweils andere Elektromaschine 4, 5 oder 6, 7 von der Art der mechanischen Einbindung in das Schaltgetriebe 1 bzw. des Antriebsstrang oder aufgrund ihrer maximalen Leistungsfähigkeit nicht in der Lage ist, diese Aufgabe zufriedenstellend zu erfüllen. So ist das Andrehen des Primärantriebes und das elektromotorische Fahren des Fahrzeugs nur mit Hilfe der leistungsstarken ersten Elektromaschine 4, 5 möglich, während für die Synchronisation von drehenden Getriebeelementen grundsätzlich die Leistung der zweiten Elektromaschine 6, 7 ausreicht.
Einige Betriebsarten, in diesem Beispiel die Gewinnung von elektrischer Energie aus vom Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie und das Rekuperieren lassen sich jedoch nicht starr einzelnen Elektromaschinen 4, 5 oder 6, 7 zuordnen. So genügt die Leistung der als Generators betriebenen, zweiten und leistungsschwächeren Elektromaschine 6, 7 bei gut geladener Bordnetzbatterie und/oder geringem Leistungsbedarf im Fahrzeug, um einer Entladung der Bordnetzbatterie entgegenzuwirken. In diesem Fall wird die Steuerungseinrichtung daher die zweite Elektromaschine 6, 7 als Lichtmaschine betreiben, sofern diese für diese Aufgabe verfügbar ist, also insbesondere nicht gerade für eine Getriebesynchronisation elektromotorisch betrieben oder derart benötigt wird.
Im Fall einer stark entladenen Bordnetzbatterie und eventuell zusätzlich eingeschalteten starken elektrischen Verbrauchern, also einem im Winter durchaus nicht seltenen Fahrzeugzustand, kann die Steuerungseinrichtung dagegen auf Grundlage eines errechneten hohen Leistungsbedarfs an Stelle der zweiten Elektromaschine 6, 7 die erste Elektromaschine 4, 5 als Lichtmaschine generatorisch betreiben. Aufgrund des großen Leistungsunterschiedes zwischen der ersten Elektromaschine 4, 5 und der zweiten Elektromaschine 6, 7 ist es meistens nicht sinnvoll, jedoch grundsätzlich möglich, beide Elektromaschinen 5, 6 und 7, 8 für dieselbe Betriebsart zu aktivieren.
Das Rekuperieren wird aufgrund der hohen anfallenden elektrischen Leistungen in der Regel durch die leistungsstärkere Elektromaschine 4, 5 durchgeführt werden. Allerdings kann die Steuerungseinrichtung beispielsweise im Segelbetrieb des Fahrzeugs, also während einer antriebslosen Vortriebsphase, und ohne dass eine Bremse betätigt wird, die zweite Elektromaschine 6, 7 zur Rekuperation mit stark reduzierter Leistung nutzen, und so einerseits ein vollständiges Abschalten oder zumindest Auskuppeln des Primärantriebs ermöglichen, sowie andererseits gleichzeitig auch bei längerem Segelbetrieb eine Entladung der Bordnetzbatterie verhindern und gleichzeitig die Abbremsung des Fahrzeugs minimieren.

1: Schaltgetriebe
2: Kupplung, Fahrkupplung
3: Eingangswelle
4: Stator der ersten Elektromaschine
5: Rotor der ersten Elektromaschine
6: Stator der zweiten Elektromaschine
7: Rotor der zweiten Elektromaschine
8: Vorgelegewelle
9: Kupplungsraum
10: Getriebegehäuse

Claims

Schaltgetriebe (1) mit elektromechanischer Drehzahl-Synchronisation für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Primärantrieb, welcher auf zumindest eine Eingangswelle (3) des Schaltgetriebes (1) wirkt, mit einer Steuerungseinrichtung, die so ausgelegt ist, dass diese in Abhängigkeit von eingelesenen Daten unterschiedliche Betriebsarten des Kraftfahrzeugs aktivieren kann, und mit zumindest zwei unmittelbar auf das Schaltgetriebe (1) wirkende Elektromaschinen (4, 5; 6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) unterschiedlichen Leistungsklassen angehören, und dass eine erste dieser beiden Elektromaschinen (4, 5) eine deutlich größere maximale installierte Leistung aufweist als die zweite Elektromaschine (6, 7).
Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) integrale Bestandteile des Schaltgetriebes (1) und/oder der Fahrkupplung (2) sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) im Kupplungsraum (9) des Getriebegehäuses (10) angeordnet sind.
Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leistungsstärkere Elektromaschine (4, 5) im Kupplungsraum (9) des Getriebegehäuses (10) und die leistungsschwächere Elektromaschine (6, 7) an einer Vorgelegewelle (8) angeordnet ist.
Schaltgetriebe nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsarten die Drehzahl-Synchronisation des Schaltgetriebes (1) und zumindest eine weitere Betriebsart umfassen.
Schaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Betriebsart das Andrehen des Primärantriebs und/oder die Unterstützung der Leistung des Primärantriebs und/oder der Antrieb des Kraftfahrzeugs ohne Leistungsbeitrag des Primärantriebs und/oder die Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von durch den Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie und/oder die Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs ist.
Schaltgetriebe nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Betriebsarten jeweils fest einer der Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) zugeordnet sind.
Schaltgetriebe nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung so ausgelegt ist, dass sie in Abhängigkeit von der umzuwandelnden Leistung und gegebenenfalls mit Hilfe weiterer Daten des Fahrzeugs und/oder der Antriebsaggregate die hinsichtlich der installierten elektrischen Leistung jeweils kleinste verfügbare Elektromaschine (4, 5; 6, 7) mit ausreichender Leistung als Antrieb oder als Generator auswählen und ansteuern kann.
Schaltgetriebe nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug ist.
Schaltgetriebe nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kupplung vorhanden ist, welche den Rotor (5, 7) der Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) entweder Wahlweise oder unter bestimmten Bedingungen drehfest mit einer Welle (8) des Schaltgetriebes (1) verbindet.
Verfahren zur Ansteuerung eines Schaltgetriebes (1) mit den Merkmalen von wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie mit einer Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von eingelesenen Daten des Fahrzeugs und/oder der Aggregate des Antriebsstrangs unterschiedliche Betriebsarten des Fahrzeugs aktiviert, und hierfür unter den verfügbaren Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) jeweils zumindest eine geeignete Elektromaschine (4, 5; 6, 7) auswählt und ansteuert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung für eine Betriebsart der Drehzahlsynchronisation von Getriebeelementen zumindest die leistungsschwächere Elektromaschine (6, 7) derart ansteuert, dass diese elektromotorisch wirksam ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung für die Betriebsart des Andrehens des Primärantriebes und/oder für die Betriebsart des Antriebs des Kraftfahrzeugs mit oder ohne Leistungsbeitrag des Primärmotors zumindest die leistungsstärkere Elektromaschine (4, 5) derart ansteuert, dass diese elektromotorisch wirksam ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung für die Betriebsarten der Unterstützung der Leistung des Primärmotors und/oder der Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von durch den Primärantrieb bereitgestellter kinetischer Energie und/oder der Gewinnung elektrischer Energie durch Umwandlung von kinetischer Energie des Fahrzeugs jeweils diejenige der hierfür verfügbaren Elektromaschinen (4, 5; 6, 7) auswählt, welche die kleinste ausreichende Leistungsklasse aufweist, und diesen ansteuert.