Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit mehreren Schaltelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Eine als mehrgängiges Planetenkoppelgetriebe ausgeführte Getriebevorrichtung mit mehreren Planetenradsätzen und mehreren Schaltelementen ist aus der

DE 10 2007 005 438 A1 bekannt. In Abhängigkeit einer Betätigung der Schaltelemente sind verschiedene Übersetzungen darstellbar. Es ist wenigstens eine elektrische Maschine vorgesehen, die mit einem der Planetenradsätze in Wirkverbindung steht. Von der elektrischen Maschine ist über eine Welle des ihr zugeordneten Planetenradsatzes ein Drehmoment in den Planetenradsatz einleitbar, um ein an einer weiteren Welle an dem zugeordneten Planetenradsatz anliegendes Drehmoment zur Darstellung einer Übersetzung in dem Planetenkoppelgetriebe über die elektrische Maschine abstützen zu können.

Die elektrische Maschine ersetzt ein vorzugsweise reibschlüssig ausgeführtes Lastschaltelement eines herkömmlichen Planetenkoppelgetriebes, wobei mittels der elektrischen Maschine neben Getriebefunktionen, wie Lastschaltungen, verschleißfreie Anfahrvorgänge und dergleichen, auch diverse Hybridfunktionen, wie elektrodynamische, verlustreduzierte Anfahrvorgänge, Nutzbremsungen usw., durchführbar sind. Die mit der elektrischen Maschine darstellbaren Hybridfunktionen sind dabei von den Eigenschaften des Radsatzes sowie der Leistungsklasse der elektrischen Maschine abhängig.

Des Weiteren ist ein solches mehrgängiges Planetenkoppelgetriebe in verschiedenen Ausbaustufen ausführbar, wobei ein mit dem mehrgängigen Planetenkoppelgetriebe ausgeführter Antriebsstrang eines Fahrzeuges ohne ein Anfahrelement, wie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder eine reibschlüssige Anfahrkupplung, ausführbar ist. Zusätzlich ist ein mehrgängiges Planetenkoppelgetriebe, welches an der Stelle eines Schaltelementes mit einer elektrischen Maschine ausgeführt ist, anstatt mit reibschlüssigen Schaltelementen mit formschlüssigen Schaltelementen sowie einer auf die Schmierölversorgung des Radsatzes reduzierten Hydraulik ausbildbar.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass das Planetenkoppelgetriebe zur Darstellung eines Start-Stopp-Betriebes für eine mit dem Planetenkoppelgetriebe in Wirkverbindung bringbare Brennkraftmaschine mit einer weiteren elektrischen Maschine auszubilden ist, was jedoch ein Fahrzeuggesamtgewicht erhöht und Herstellkosten sowie einen Bauraumbedarf des Planetenkoppelgetriebes in unerwünschtem Umfang vergrößert.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kosten- und bauraumgünstige Getriebevorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher ein Fahrzeug mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist und Übersetzungswechsel möglichst zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung umfasst mehrere Schaltelemente, die zur Darstellung verschiedener Übersetzungen in einen geschlossenen oder einen geöffneten Betriebszustand zu führen sind. Eine Antriebsmaschine ist mit wenigstens einer Welle und eine elektrische Maschine mit wenigstens einer weiteren Welle der Getriebevorrichtung koppelbar, während ein Abtrieb eines Fahrzeuges mit einer zusätzlichen Welle der Getriebevorrichtung in Wirkverbindung bringbar ist.

Erfindungsgemäß stehen die Welle, die wenigstens eine weitere Welle und die zusätzliche Welle während eines wenigstens annähernd Zugkraftunterbrechungsfreien Übersetzungswechsel ausgehend von einer aktuell eingelegten Ist-Übersetzung in Richtung einer angeforderten Ziel-Übersetzung durch die am Übersetzungswechsel beteiligten Schaltelemente derart miteinander in Wirkverbindung, dass die Drehzahl der wenigstens einen mit der elektrischen Maschine verbindbaren weiteren Welle bei Anlegen eines zum Drehmoment der elektrischen Maschine äquivalenten Drehmomentes an der zusätzlichen Welle einem Produkt aus der Übersetzung zwischen der weiteren Welle und der zusätzlichen Welle und der Drehzahl der zusätzlichen Welle oder bei Anlegen eines zum Drehmoment der Antriebsmaschine und zum Drehmoment der elektrischen Maschine äquivalenten Drehmomentes an der zusätzlichen Welle einer Summe aus dem Produkt der Drehzahlwelle und einer ersten Variablen, die gleich einem negativen Quotienten aus dem von der elektrischen Maschine eingeleiteten Drehmoment und einem von der Verbrennungsmaschine eingeleiteten Drehmoment ist, und dem Produkt aus der Drehzahl der zusätzlichen Welle und einer zweiten Variablen entspricht, die gleich einem Produkt aus der Übersetzung zwischen der Welle und der zusätzlichen Welle und der ersten Variablen ist.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist derart, dass eine im Bereich wenigstens einer weiteren Welle der Getriebevorrichtung angebundene elektrische Maschine während allen Übersetzungswechseln in der Getriebevorrichtung die Zugkraft im Bereich des Abtriebs erhalten kann. Im Idealfall ist die Getriebevorrichtung ohne Schleppverluste in geöffnetem Betriebszustand verursachende Reibschaltelemente und auch ohne Synchronisierungen ausgebildet. Das bedeutet, dass dann alle Schaltelemente der Getriebevorrichtung als formschlüssige Schaltelemente bzw. als Klauenschaltelemente ausgebildet sind.

Die elektrische Maschine wird erfindungsgemäß derart in die Getriebevorrichtung integriert bzw. an diese angebunden, dass für jede in der Getriebevorrichtung durchgeführte Schaltung bzw. für jeden Übersetzungswechsel die Anforderung erfüllt ist, dass mit den am Übersetzungswechsel beteiligten Schaltelementen die Drehzahl der mit der elektrischen Maschine verbundenen Welle der Getriebevorrichtung gleich dem Produkt aus der Übersetzung zwischen der weiteren Welle und der zusätzlichen Welle und der Drehzahl der zusätzlichen Welle oder der Summe aus dem Produkt der Drehzahl der Welle und der ersten Variablen und dem Produkt aus der Drehzahl der zusätzlichen Welle und der zweiten Variablen entspricht. Dabei sind vorliegend die an der Schaltung beteiligten Schaltelemente jene Schaltelemente, die während der Schaltung geschlossen sind und die Schnittmenge aus der Menge der bei eingelegter Ist-Übersetzung geschlossenen Schaltelemente mit der Menge der bei eingelegter Ziel-Übersetzung geschlossenen Schaltelemente bilden. Bei entsprechender Wahl der Getriebestruktur ist diese Bedingung von einer einzigen Welle der Getriebevorrichtung während aller Übersetzungswechsel in der Getriebevorrichtung erfüllbar. In manchen Fällen ist es nötig oder sogar vorteilhaft, die elektrische Maschine in Abhängigkeit der jeweils angeforderten Schaltung mit verschiedenen weiteren Wellen der Getriebevorrichtung zu verbinden.

Angeforderte Übersetzungswechsel werden in der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung entweder als so genannte abtriebsgestützte oder als so genannte EDA- Schaltungen durchgeführt.

Während abtriebsgestützten Schaltungen in der Getriebevorrichtung wirkt die mit der Getriebevorrichtung koppelbare elektrische Maschine über eine definierte Übersetzung fest auf die zusätzliche Welle und somit auf den Abtrieb eines Fahrzeuges. Somit wird während abtriebsgestützten Schaltungen jeweils nur von der elektrischen Maschine am Abtrieb ein Drehmoment angelegt. Stellt ein angeforderter Übersetzungswechsel eine abtriebsgestützte Schaltung dar, ist die Drehzahl der Antriebsmaschine unabhängig vom Betriebszustand der elektrischen Maschine in Richtung der Drehzahl der einzulegenden Ziel-Übersetzung führbar.

Im Unterschied dazu liegt während EDA-Schaltungen, während welchen die elektrische Maschine wie ein elektrodynamisches Anfahrelement wirkt, sowohl ein Drehmoment der Antriebsmaschine als auch ein Drehmoment der elektrischen Maschine am Abtrieb bzw. an der damit koppelbaren zusätzlichen Welle der Getriebevorrichtung an, wobei ein Antriebsmoment der Antriebsmaschine zusätzlich im Bereich der elektrischen Maschine abgestützt wird. Dabei besteht dann die Möglichkeit, die Drehzahlen in der Getriebevorrichtung für das im Wesentlichen lastfreie Einlegen der Ziel- Übersetzung in im Wesentlichen synchronem Betriebszustand des oder der zu schließenden sowie des oder der zu öffnenden Schaltelemente durch stufenloses Einstellen der Drehzahl der Antriebsmaschine entsprechend vorzubereiten und anschließend die Ziel-Übersetzung in der Getriebevorrichtung einzulegen.

Grundsätzlich sind bei eingelegter Übersetzung in der Getriebevorrichtung über diese in Verbindung mit einer vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgeführten An- triebsmaschine und einer zusätzlich mit der Getriebevorrichtung wirkverbundenen elektrischen Maschine alle gängigen Hybridfunktionen darstellbar, wobei die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung im Vergleich zu an sich bekannten Lastschaltgetrieben mit Reibschaltelementen einen erheblich verbesserten Wirkungsgrad aufweist.

Dabei sind in einem mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeug mit einer mit der Getriebevorrichtung gekoppelten Antriebsmaschine und einer damit wirkverbundenen elektrischen Maschine ein Boost-Betriebszustand, ein Rekuperations-Betriebszustand, eine Verschiebung eines Betriebspunktes der Antriebsmaschine, ein rein elektrischer Fahrbetrieb, während dem ein am Abtrieb anliegendes Antriebsmoment allein über die elektrische Maschine zur Verfügung gestellt wird, sowie ein Starten der als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine und ein Laden eines der elektrischen Maschine zugeordneten elektrischen Speichers auf einfache und kostengünstige sowie in bauraumgünstiger Art und Weise realisierbar.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung; und Fig. 2 eine Schaltmatrix der Getriebevorrichtung gemäß Fig. 1 .

In Fig. 1 ist ein mit einer Getriebevorrichtung 1 ausgeführter Antriebsstrang 2 eines Fahrzeuges stark schematisiert dargestellt, der neben der Getriebevorrichtung 1 eine vorliegend als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine 3 umfasst. Die Antriebsmaschine 3 ist im Bereich einer Welle 4 mit der Getriebevorrichtung 1 wirkverbunden. Des Weiteren ist die Getriebevorrichtung 1 im Bereich von zwei weiteren Wellen 5, 6 mit einer elektrischen Maschine 7 verbindbar, während ein Abtrieb 8 des Fahrzeugantriebsstranges 2 im Bereich einer zusätzlichen Welle 9 mit der Getriebevorrichtung 1 in Wirkverbindung steht.

Über die Getriebevorrichtung 1 sind vorliegend neun Übersetzungen "1 " bis "9" und eine Übersetzung "R" für Rückwärtsfahrt durch wechselseitiges Schließen oder Öffnen verschiedener Schaltelemente A bis F darstellbar, wobei die jeweils zur Darstellung einer der Übersetzungen "1 " bis "R" in geschlossenem Betriebszustand zu haltenden oder zu führenden Schaltelemente A bis F in der in Fig. 2 gezeigten Schaltmatrix jeweils durch den Buchstaben X gekennzeichnet sind, während die weiteren Schaltelemente A bis F jeweils in geöffnetem Betriebszustand zu führen oder zu halten sind. Zusätzlich umfasst die Schaltmatrix gemäß Fig. 2 in der durch den Buchstaben i gekennzeichneten Spalte beispielhafte Zahlenwerte der Übersetzungen "1 " bis "R" sowie in der letzten Spalte Zahlenwerte des Stufensprunges phi.

Die elektrische Maschine 7 ist vorliegend über ein formschlüssiges Doppelschaltelement G entweder mit der weiteren Welle 5, mit der weiteren Welle 6 oder mit keiner der beiden Wellen verbindbar, um in der Getriebevorrichtung 1 wenigstens annähernd Zugkraftunterbrechungsfreie Übersetzungswechsel durchführen zu können und auch verschiedene Hybridfunktionen, wie einen Boost-Betrieb, einen Rekuperati- ons-Betrieb, eine Verschiebung eines Betriebspunktes der Antriebsmaschine 3, einen rein elektrischen Fahrbetrieb eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 2 ausgeführten Fahrzeuges, einen Startvorgang der Antriebsmaschine 3 über die elektrische Maschine 7 sowie einen Ladevorgang eines der elektrischen Maschine 7 zugeordneten elektrischen Speichers, durchführen zu können. Dabei ist ein Boosten, ein Rekuperieren oder eine Betriebspunktverschiebung dann möglich, wenn in der Getriebevorrichtung 1 eine der Übersetzungen " bis "R" fest eingelegt ist. Zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrbetriebes, während dem eine Drehzahl der Welle 4 im Wesentlichen gleich Null ist, ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 6 zu verbinden und gleichzeitig das als Bremse ausgeführte formschlüssige Schaltelement F zu schließen. Alternativ hierzu ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb bei gleichzeitig stehender Welle 4 durch Koppeln der elektrischen Maschine 7 mit der weiteren Welle 5 über das Doppelschaltelement G möglich, wenn das ebenfalls als Bremse ausgeführte formschlüssige Schaltelement B und gleichzeitig das als formschlüssige Kupplung ausgeführte Schaltelement C geschlossen sind.

Der vorgenannte Startvorgang der Antriebsmaschine 3 und auch der Ladevorgang des der elektrischen Maschine 7 zugeordneten elektrischen Speichers ist nur dann möglich, wenn die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 6 verbunden ist und gleichzeitig das Schaltelement C und das Schaltelement D geschlossen sind, da zur Darstellung dieser Betriebszustände die Antriebsmaschine 3 direkt mit der elektrischen Maschine 7 zu koppeln ist.

Soll ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 2 ausgeführtes Fahrzeug über die Antriebsmaschine 3 aus einem Fahrzeugstillstand möglichst verschleißfrei und damit mit geringen Verlustleistungen angefahren werden, ist die elektrische Maschine 7 als elektrodynamisches Anfahrelement zu betreiben und hierfür über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 5 zu verbinden. Wird der Anfahrvorgang in der ersten Übersetzung "1 " für Vorwärtsfahrt durchgeführt, sind zunächst nur die Schaltelemente A und C geschlossen und das Schaltelement F wird in geöffnetem Betriebszustand gehalten. Für den Anfahrvorgang wird die Drehzahl der Antriebsmaschine 3 durch einen entsprechenden Betrieb der elektrischen Maschine 7 ausgeglichen, womit die Drehzahl der zusätzlichen Welle 9 und damit auch des Abtriebs 8 zunächst im Wesentlichen gleich Null ist. Um die Drehzahl des Abtriebs 8 anheben zu können, ist das Abtriebsmoment im Bereich der elektrischen Maschine 7 abzustützen. Anschließend wird die Drehzahl der weiteren Welle 5 über die elektrische Maschine 7 in Richtung Null geführt und das ebenfalls als Bremse ausgeführte formschlüssige Schaltelement F bei Erreichen eines für die Zuschaltung des Schaltelementes F geeigneten Differenzdrehzahlfensters bei geringen Belastungen geschlossen, womit die erste Übersetzung "1 " für Vorwärtsfahrt letztendlich in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt ist.

Die als Planetenkoppelgetriebe ausgebildete Getriebevorrichtung 1 umfasst bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel vier dreiwellige Planetenradsätze P 1 bis P4, deren Wellen teilweise miteinander verbunden sind und über die Schaltelemente A, B und F drehfest darstellbar oder über die Schaltelemente C, D und E teilweise miteinander drehfest verbindbar sind.

Dabei ist eine als Sonnenrad ausgeführte Welle 10 des ersten Planetenradsatzes P1 über das Schaltelement A mit einem Gehäuse 1 1 der Getriebevorrichtung 1 verbindbar, während eine einen Planetenträger darstellende zweite Welle 12 des ersten Planetenradsatzes P1 über das Schaltelement D mit der Welle 4 bzw. der Getriebeeingangswelle der Getriebevorrichtung 1 sowie einer ebenfalls als Sonnenrad ausgeführten Welle 13 des zweiten Planetenradsatzes P2 koppelbar ist. Zusätzlich ist der Planetenträger 12 des ersten Planetenradsatzes P1 bei geschlossenem Schaltelement D über das als Kupplung ausgeführte formschlüssige Schaltelement E mit einer als Planetenträger ausgeführten Welle des dritten Planetenradsatzes P3 drehfest verbindbar. Eine als Hohlrad ausgebildete dritte Welle 15 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehfest mit einer einen Planetenträger darstellenden zweiten Welle 1 6 des zweiten Planetenradsatzes P2 und einer als Sonnenrad ausgeführten zweiten Welle 17 des dritten Planetenradsatzes P3 verbunden.

Der Planetenträger 12 des ersten Planetenradsatzes P1 ist über das Schaltelement C mit der weiteren Welle 6 der Getriebevorrichtung 1 und mit einer damit drehfest verbundenen dritten Welle 18 drehfest verbindbar, wobei die weitere Welle 6 zusätzlich auch drehfest mit einer als Sonnenrad ausgebildeten ersten Welle 19 des vierten Planetenradsatzes P4 in Wirkverbindung steht.

Zusätzlich steht eine als Hohlrad ausgeführte dritte Welle 20 des dritten Planetenradsatzes P3 ebenso wie eine zweite Welle 21 des vierten Planetenradsatzes P4, die einen Planetenträger darstellt, mit der zusätzlichen Welle bzw. der Getriebeaus- gangswelle 9 der Getriebevorrichtung 1 drehfest in Wirkverbindung. Eine dritte als Hohlrad ausgebildete Welle 22 des vierten Planetenradsatzes P4 ist mit der weiteren Welle 5 der Getriebevorrichtung 1 drehfest verbunden und über das Schaltelement F gemeinsam mit der weiteren Welle 5 drehfest mit dem Gehäuse 1 1 verbindbar.

Da das formschlüssige Schaltelement F zur Darstellung der ersten vier Übersetzungen "1 " bis "4" für Vorwärtsfahrt in geschlossenem Betriebszustand gehalten wird, sind wenigstens annähernd Zugkraftunterbrechungsfreie abtriebsgestützte Schaltungen zwischen den Übersetzungen Ί " bis "4" bei drehfest verbundener elektrischer Maschine 7 mit der weiteren Welle 6 über einen rein elektromotorischen Zugkrafterhalt durch die elektrische Maschine 7 darstellbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die elektrische Maschine 7 in gekoppeltem Zustand mit der weiteren Welle 6 und gleichzeitig geschlossenem Schaltelement F über eine feste Übersetzung mit dem Abtrieb 8 bzw. der zusätzlichen Welle 9 verbunden ist. Dabei sind bei einer entsprechenden Anforderung auch Übersetzungsstufen überspringbar und beispielsweise ein Übersetzungswechsel von der ersten Übersetzung "1 " direkt in die dritte Übersetzungsstufe "3" oder die vierte Übersetzungsstufe "4" oder auch Rückschaltungen wenigstens annähernd zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar. Eine Drehzahl n6 der über das Doppelschaltelement G drehfest mit der elektrischen Maschine 7 verbundenen weiteren Welle 6 entspricht einem Produkt aus der Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine 7 bzw. der weiteren Welle 6 und der zusätzlichen Welle 9 bzw. der Getriebeausgangswelle und der Drehzahl n9 der Getriebeausgangswelle 9.

Bei Vorliegen einer entsprechenden Anforderung für einen Übersetzungswechsel innerhalb des ersten die Übersetzungen "1 " bis "4" umfassenden Übersetzungsbereiches ist durch einen entsprechenden Betrieb der elektrischen Maschine 7 zunächst ein Lastübergang von der zugeschalteten Antriebsmaschine 3 in Richtung der elektrischen Maschine 7 darstellbar, wobei dies immer im Rahmen der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 7 durchführbar ist. Bei nicht ausreichender Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 7 ist der Lastübergang von der Antriebsmaschine 3 in Richtung der elektrischen Maschine 7 durch einen Lastabbau bzw. eine Reduzierung des aktuell von der Antriebsmaschine 3 erzeugten Antriebsmomentes und/oder durch zumindest teilweises Öffnen einer optional vorhandenen und zwischen der Welle 4 und der An- triebsmaschine 3 vorgesehenen optionalen Trennkupplung unterstützbar und die Welle 4 dann anforderungsgemäß im Wesentlichen lastfrei darstellbar. In diesem Betriebszustand der Getriebevorrichtung 1 bzw. des Fahrzeugantriebsstranges 2, ist die aktuell in der Getriebevorrichtung 1 eingelegte Ist-Übersetzung "1 " bis "4" im Wesentlichen durch lastfreies Öffnen des Schaltelementes A, des Schaltelementes C, oder des Schaltelementes E auslegbar.

Anschließend wird die Differenzdrehzahl im Bereich des zur Darstellung der angeforderten Ziel-Übersetzung Ί " bis "4" zuzuschaltenden Schaltelementes D, A, E oder C über eine Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine 3 abgebaut und das Schaltelement D, A, E oder C im wenigstens annähernd synchronen Betriebszustand zugeschaltet. Dabei ist die Regelung der Drehzahl der Antriebsmaschine 3 zur Einstellung der Synchrondrehzahl der Ziel-Übersetzung in der Getriebevorrichtung 1 eventuell in Verbindung mit einer optional vorhandenen zweiten elektrischen Maschine, die einen Starter-Generator darstellt, oder eine optionale Trennkupplung zwischen der Getriebeeingangswelle 4 und der Antriebsmaschine 3 herstellbar. Abschließend wird in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Betriebsstrategie noch ein entsprechender Lastübergang von der elektrischen Maschine 7 hin zur Antriebsmaschine 3 teilweise oder vollständig durchgeführt, womit der wenigstens annähernd Zugkraftunterbrechungsfreie Übersetzungswechsel in gewünschtem Umfang durchgeführt und abgeschlossen ist.

Liegt jeweils eine Anforderung für einen Übersetzungswechsel innerhalb eines die Übersetzungen "4" bis "9" für Vorwärtsfahrt umfassenden zweiten Übersetzungsbereiches vor und ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 5 verbunden sowie das Schaltelement E geschlossen, das zur Darstellung der Übersetzungen "4" bis "9" immer geschlossen ist, sind die weitere Welle 6, die Getriebeeingangswelle 4 und die Getriebeausgangswelle 9 derart miteinander wirkverbunden, dass eine Drehzahl n6 der weiteren Welle 6 gleich der Summe aus dem Produkt einer ersten Variablen V1 und einer Drehzahl n4 der Getriebeeingangswelle 4 und dem Produkt aus einer zweiten Variablen V2 und einer Drehzahl der Getriebeausgangswelle 9 entspricht. Die erste Variable V1 ist gleich einem negativen Quotienten aus dem von der elektrischen Maschine 7 eingeleiteten Drehmoment und einem von der Verbrennungsmaschine 3 eingeleiteten Drehmoment. Die zweite Variable entspricht einem Produkt aus der Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle 4 und der Getriebeausgangswelle 9 und der ersten Variablen V1 .

Die Drehzahlen der Antriebsmaschine 3 und der elektrischen Maschine 7 sowie die Drehzahl des Abtriebs 8 sind während Lastschaltungen bzw. wenigstens annähernd Zugkraftunterbrechungsfreien Übersetzungswechseln zwischen den Übersetzungen "4" bis "9", die EDA-Schaltungen darstellen, jeweils variabel, während die Verhältnisse der Drehmomente jedoch fix sind, wobei die Faktoren der Drehzahlen auch die Faktoren der Drehmomente, sind, wenn man Wirkungsgrade im Bereich der Getriebevorrichtung 1 vernachlässigt.

Die Tatsache, dass das formschlüssige Schaltelement E zur Darstellung der Übersetzungen "4" bis "9" immer geschlossen ist, ermöglicht, dass alle Übersetzungswechsel zwischen den Übersetzungen "4" bis "9" lastschaltbar sind und Übersetzungen bei Übersetzungswechseln innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches auch übersprungen werden können.

Während der Durchführung eines angeforderten Übersetzungswechsels innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches ist bei noch in der Getriebevorrichtung 1 eingelegter Ist-Übersetzung zunächst das im Fahrzeugantriebsstrang 2 geführte Drehmoment im Bereich der elektrischen Maschine 7 entsprechend dem Verhältnis zwischen dem Drehmoment der Antriebsmaschine 3 und dem Drehmoment der elektrischen Maschine 7 im Bereich der elektrischen Maschine 7 abzustützen. Dies führt dazu, dass das jeweils auszulegende Schaltelement F, A, D oder C in einen lastfreien Betriebszustand überführt wird, denn das Drehmoment wird dann alleine über das Schaltelement E geführt.

Im Fall, dass die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 7 für ein vollständiges Abstützen der Last nicht ausreichend ist, ist das jeweils auszulegende Schaltelement durch Absenken des Drehmomentes der Antriebsmaschine 3 in einen wenigstens annähernd lastfreien Zustand, zu dem das abzuschaltende Schaltelement in gewünschtem Umfang geöffnet werden kann, zu überführen. Anschließend wird die Ist-Übersetzung in der Getriebevorrichtung 1 ausgelegt und das jeweils zuzuschaltende Schalt- element durch eine Regelung der Drehzahl der elektrischen Maschine 7 und der Drehzahl der Antriebsmaschine 3 unter Last synchronisiert. In wenigstens annähernd synchronem Betriebszustand des zuzuschaltenden Schaltelementes wird dieses in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt und dadurch die Ziel-Übersetzung in der Getriebevorrichtung 1 eingelegt, wobei in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Betriebsstrategie ein Lastabbau im Bereich der elektrischen Maschine 7 teilweise oder vollständig durchgeführt wird, um den Übersetzungswechsel im gewünschten Umfang abzuschließen.

Ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 5 wirkverbunden und liegt jeweils eine entsprechende Anforderung für einen Übersetzungswechsel innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches vor, ist die Drehzahl der weiteren Welle 5 gemäß dem vorstehend näher beschriebenen formelmäßigen Zusammenhang zur Berechnung der Drehzahl der weiteren Welle 6 bestimmbar, wobei die Variable V1 und die Variable V2 dann aufgrund der veränderten Übersetzungsverhältnisse im Bereich der Getriebevorrichtung 1 jeweils andere Werte annehmen. Ansonsten entspricht die Vorgehensweise während einer EDA-Schaltung innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches der Getriebevorrichtung 1 bei mit der weiteren Welle 5 verbundener elektrischer Maschine 7 der Vorgehensweise, die bei mit der weiteren Welle 6 verbundener elektrischer Maschine 7 anzuwenden ist.

Liegt eine Anforderung für einen Übersetzungswechsel in Form einer Hoch- oder Rückschaltung zwischen den Übersetzungen "3" und "5" vor, bleiben die Schaltelemente A und D während des Übersetzungswechsels jeweils geschlossen, weshalb die Kopplung zwischen der Getriebeeingangswelle 4, der weiteren Welle 5 und der Getriebeausgangswelle 9 alleine durch die Schaltelemente A und D besteht und die Drehzahl n5 der weiteren Welle 5 wiederum der Summe aus dem Produkt der ersten Variablen V1 und der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 und dem Produkt der zweiten Variablen V2 und der Drehzahl n9 der Getriebeausgangswelle entspricht. Die Drehzahlen der Antriebsmaschine 2, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 sind wiederum variabel, während die Verhältnisse der Drehmomente der Antriebsmaschine 3, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 fix sind. Die Drehzahlen der elektrischen Maschine 7 vor und nach dem Übersetzungswechsel sind im Drehzahlplan bei der weiteren Welle 5 abzulesen.

Das Schaltverfahren des Übersetzungswechsels zwischen der dritten Übersetzung "3" und der fünften Übersetzung "5" für Vorwärtsfahrt entspricht wiederum dem Schaltverfahren während eines Übersetzungswechsels innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches, weshalb hierzu auf die entsprechende vorstehende Beschreibung verwiesen wird.

Liegt eine Anforderung für eine Hoch- oder Rückschaltung zwischen den Übersetzungen "2" und "6" vor und ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 5 verbunden, bleiben das Schaltelement C und das Schaltelement D geschlossen. Durch die beiden geschlossenen Schaltelemente C und D besteht wiederum eine Kopplung zwischen der Getriebeeingangswelle 4, der weiteren Welle 5 und der Getriebeausgangswelle 9 gemäß dem folgenden formelmäßigen Zusammenhang: n5 = V1 x n4 + V1 x n9

Die Drehzahlen der Antriebsmaschine 3, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 sind wiederum während des Übersetzungswechsels variabel, während die Verhältnisse der Drehmomente im Bereich der Antriebsmaschine 3, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 fix sind. Die Drehzahlen der elektrischen Maschine 7 vor und nach der Schaltung sind wiederum im Drehzahlplan bei der weiteren Welle 5 ablesbar.

Auch das Schaltverfahren während eines Übersetzungswechsels zwischen der zweiten Übersetzung "2" und der sechsten Übersetzung "6" entspricht im Wesentlichen wiederum dem Schaltverfahren während eines Übersetzungswechsels innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches, weshalb auch an dieser Stelle auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G mit der weiteren Welle 5 verbunden und liegt eine entsprechende Anforderung für eine Hoch- oder Rückschaltung zwischen den Übersetzungen "1 " und "7" vor, bleiben die Schaltelemente C und A während des Übersetzungswechsels geschlossen. Durch die beiden geschlossenen Schaltelemente C und A besteht wiederum eine Kopplung zwischen den Wellen 4, 5 und 9 gemäß dem vorstehend aufgeführten formelmäßigen Zusammenhang. Die Drehzahlen der Antriebsmaschine 3, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 sind während der Schaltung wiederum variabel einstellbar, während die Verhältnisse zwischen den Drehmomenten der Antriebsmaschine 3, der elektrischen Maschine 7 und des Abtriebs 8 fix sind. Die Drehzahlen der elektrischen Maschine 7 vor und nach der Schaltung sind wiederum im Drehzahlplan bei der weiteren Welle 5 ablesbar. Zusätzlich entspricht das Schaltverfahren während des Übersetzungswechsels zwischen den Übersetzungen Ί " und "7" dem während eines Übersetzungswechsels innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches der Getriebevorrichtung 1 beschriebenen Schaltverfahren.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Getriebevorrichtung 1 sind Übersetzungswechsel innerhalb des ersten Übersetzungsbereiches bzw. Lastschaltungen zwischen den Übersetzungen Ί " bis "4" im Wesentlichen zugkraftun- terbrechungsfrei darstellbar, wenn die elektrische Maschine 7 mit der weiteren Welle 6 gekoppelt ist. Schaltungen im ersten Übersetzungsbereich der Getriebevorrichtung 1 sind rein elektromotorisch abstützbar. Bei der Durchführung eines Übersetzungswechsels in der Getriebevorrichtung 1 im zweiten Übersetzungsbereich kann die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G sowohl mit der weiteren Welle 6 als auch mit der weiteren Welle 5 wirkverbunden sein. Diese Schaltungen stellen so genannte EDA-Schaltungen dar, während welchen am Abtrieb 8 ein zum Drehmoment der Antriebsmaschine 3 und zum Drehmoment der elektrischen Maschine äquivalentes Drehmoment anliegt.

Direktschaltungen zwischen den Übersetzungen "5" und "3", "6" und "2" sowie "7" und Ί " sind nur bei mit der weiteren Welle 5 verbundener elektrischer Maschine 7 möglich, wobei diese Schaltungen ebenfalls wiederum EDA-Schaltungen darstellen. Ist die Ankopplung der elektrischen Maschine 7 bei Vorliegen einer entsprechenden Schaltung zwischen den beiden weiteren Wellen 5 und 6 zu wechseln, ist zunächst eine Lastumverteilung zwischen der elektrischen Maschine 7 und der Antriebsmaschine 3, d. h. ausgehend von der elektrischen Maschine 7 in Richtung der Antriebsmaschine 3, durchzuführen, um das Doppelschaltelement G in lastfreiem Betriebszustand zu öffnen und die Wirkverbindung zwischen der weiteren Welle 5 oder der weiteren Welle 6 und der elektrischen Maschine 7 zunächst zu unterbrechen. Anschließend wird das Doppelschaltelement G durch Regelung der Drehzahl der elektrischen Maschine 7 in einen wenigstens annähernd synchronen Betriebszustand überführt und die gewünschte Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 7 und der weiteren Welle 5 oder der weiteren Welle 6 hergestellt und das Doppelschaltelement G in geschlossenen Betriebszustand überführt. Anschließend wird eine gewünschte Lastverteilung zwischen der elektrischen Maschine 7 und der Antriebsmaschine 3 gemäß einer entsprechenden Betriebsstrategie eingestellt.

Der Wechsel der Anbindung zwischen der elektrischen Maschine 7 und der weiteren Welle 5 bzw. der weiteren Welle 6 erfolgt innerhalb des ersten Übersetzungsbereiches der Getriebevorrichtung 1 , da eine Kopplung der elektrischen Maschine 7 an die weitere Welle 5 innerhalb des ersten Übersetzungsbereiches eine Drehzahl der elektrischen Maschine 7 gleich Null zur Folge hätte. Zusätzlich ist die elektrische Maschine 7 innerhalb des zweiten Übersetzungsbereiches der Getriebevorrichtung 1 bzw. ab der fünften Übersetzung "5" mit der weiteren Welle 5 zu koppeln, um Direktschaltungen zu ermöglichen und ein Stillstehen der elektrischen Maschine 7 zu vermeiden, was beispielsweise bei einer Kopplung der elektrischen Maschine 7 an die weitere Welle 6 und gleichzeitig in der Getriebevorrichtung 1 eingelegter Übersetzung "8" für Vorwärtsfahrt auftreten würde. Das bedeutet, dass bei eingelegter achter Übersetzung "8" für Vorwärtsfahrt ein Boost-Betrieb, ein Rekuperations-Betrieb sowie eine Verschiebung des Betriebspunktes der Antriebsmaschine 3 nicht möglich sind. Des Weiteren sind bei einer Anbindung der elektrischen Maschine 7 an die weitere Welle 6 keine Direktschaltungen zwischen den Übersetzungen "5" und "3", "6" und "2" sowie "7" und "1 " möglich. Damit bietet eine Umschaltung der Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 7 und der weiteren Welle 5 sowie der weiteren Welle 6 vorteilhafterweise die Möglichkeit, dass die elektrische Maschine 7 auch bei in der Getriebevorrichtung 1 eingelegter achter Übersetzung "8" eine Drehzahl ungleich Null aufweist und Direktschaltungen zwischen den vorgenannten Übersetzungen in der Getriebevorrichtung 1 möglich sind. Zusätzlich ist die elektrische Maschine 7 über das Doppelschaltelement G vollständig vom Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 2 abkoppelbar und über die Umschaltbarkeit der elektrischen Maschine 7 zwischen den weiteren Wellen 5 und 6 auch eine zweite Übersetzung für einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 2 ausgeführten Fahrzeuges darstellbar. Damit ist ein Anfahrvorgang des Fahrzeugantriebsstranges 2 mittels der als elektrodynamisches Anfahrelement betriebenen elektrischen Maschine 7 mit Teillast möglich.

Generell weist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung einen Aufbau wie ein Automatgetriebe mit vorzugsweise mehreren Planetenradsätzen und mehreren Schaltelementen auf, wobei Wellen der Getriebevorrichtung über die Schaltelemente miteinander oder mit dem Gehäuse betriebszustandsabhängig verbindbar sind. Übersetzungen der Getriebevorrichtung werden dadurch dargestellt, dass jeweils bestimmte Schaltelemente zugeschaltet und weitere Schaltelemente abgeschaltet sind. Während eines Übersetzungswechsels bleiben jeweils ein oder mehrere Schaltelemente zugeschaltet, während jeweils zumindest ein Schaltelement abgeschaltet und zumindest ein weiteres Schaltelement zugeschaltet wird. Die elektrische Maschine ist zumindest im Bereich einer Welle der Getriebevorrichtung an diese angebunden.

Während eines Übersetzungswechsels ist die elektrische Maschine über die damit wirkverbundene Welle und über die während des Übersetzungswechsels in zugeschaltetem Betriebszustand verbleibenden Schaltelemente über ein festes Drehzahlverhältnis mit der Getriebeausgangswelle verbunden. Alternativ hierzu sind die elektrische Maschine, die Antriebsmaschine und die Getriebeausgangswelle über die mit der elektrischen Maschine 7 wirkverbundene Welle über eine definierte Drehzahlbeziehung miteinander gekoppelt, so dass eine Lastschaltung mit Hilfe des im Bereich der elektrischen Maschine 7 zur Verfügung stellbaren Drehmomentes während eines motorischen oder eines generatorischen Betriebes ermöglicht wird. Dabei wird während des Betriebszustandes der Getriebevorrichtung, während dem die elektrische Maschine, die Antriebsmaschine und die Getriebeausgangswelle über eine definierte Drehzahlbeziehung miteinander gekoppelt sind, im Bereich eines oder mehrerer Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung realisiert.

Im Bereich der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung treten besonders dann geringe Verlustleistungen auf, wenn die Schaltelemente der Getriebevorrichtung als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.

Die elektrische Maschine ist im Bereich einer Welle der Getriebevorrichtung anbindbar, um einen Startvorgang der als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine in einem Neutralbetriebszustand der Getriebevorrichtung, zu dem der Kraftfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle unterbrochen ist, durchführen zu können und gleichzeitig einen Ladevorgang einer mit der elektrischen Maschine wirkverbundenen elektrischen Speichereinrichtung realisieren zu können. Zusätzlich ist die elektrische Maschine über eine Welle derart mit der Getriebevorrichtung verbunden, dass ein verlustleistungsarmes Anfahren des mit der Getriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeuges über die dann als elektrodynamisches Anfahrelement betriebene elektrische Maschine bei eingelegter Übersetzung für Vorwärtsfahrt möglich ist, wobei hierfür Schaltelemente der Getriebevorrichtung gleichzeitig zugeschaltet werden, über die ansonsten keine Übersetzungen in der Getriebevorrichtung eingelegt werden.

Zusätzlich ist die elektrische Maschine im Bereich einer Welle derart an die Getriebevorrichtung angebunden, dass ein rein elektrisches Fahren unabhängig von der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und somit von der Drehzahl der Antriebsmaschine möglich ist, wobei dieser Betriebszustand der Getriebevorrichtung wiederum durch gleichzeitiges Zuschalten von Schaltelementen realisiert wird, über die ansonsten keine Übersetzung in der Getriebevorrichtung eingelegt wird.

Um einen komfortablen Start der Antriebsmaschine während eines rein elektromotorischen Fahrbetriebes über die mit der Getriebevorrichtung gekoppelte elektrische Maschine realisieren zu können, besteht die Möglichkeit, im Bereich der Getriebeein- gangswelle eine weitere elektrische Maschine in Form eines Starter-Generators vorzusehen, wobei über den Starter-Generator auch eine Bordnetzversorgung während eines Stop-and-Go-Fahrbetriebes erfolgen kann.

Ist die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung mit rein formschlüssigen Schaltelementen ausgeführt, besteht bei einer Notbremsung eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang ausgeführten Fahrzeuges die Möglichkeit, dass die als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine abgewürgt wird. Dies ist auf einfache Art und Weise durch Anordnung einer Reib-Trennkupplung im Bereich zwischen der Getriebeeingangswelle und der Antriebsmaschine vermeidbar. Zusätzlich ist ein mit der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ausgeführtes Fahrzeug beim Ausfall der elektrischen Maschine über eine solche Reib-Trennkupplung in an sich bekannter Art und Weise betreibbar und auch anfahrbar.

Bezuqszeichen

1 Getriebevorrichtung

2 Fahrzeugantriebsstrang

3 Antriebsmaschine

4 Welle

5 weitere Welle

6 weitere Welle

7 elektrische Maschine

8 Abtrieb

9 zusätzliche Welle

10 Welle des ersten Planetenradsatzes

1 1 Gehäuse

12 Welle des ersten Planetenradsatzes

13 Welle des zweiten Planetenradsatzes

14 Welle des dritten Planetenradsatzes

15 Welle des ersten Planetenradsatzes

1 6 Welle des zweiten Planetenradsatzes

17 Welle des dritten Planetenradsatzes

18 Welle des zweiten Planetenradsatzes

19 Welle des vierten Planetenradsatzes

20 Welle des dritten Planetenradsatzes

21 Welle des vierten Planetenradsatzes

22 Welle des vierten Planetenradsatzes A bis G Schaltelement

i Übersetzung

n Drehzahl

phi Stufensprung

P1 bis P4 Planetenradsatz

V1 erste Variable

V2 zweite Variable

"1 " bis "9" Übersetzung für Vorwärtsfahrt

"R" Übersetzung für Rückwärtsfahrt