DE102017218231A1 - Automatgetriebe mit integrierter Elektromaschine sowie Verfahren zur Steuerung dieses Automatgetriebes - Google Patents

Automatgetriebe mit integrierter Elektromaschine sowie Verfahren zur Steuerung dieses Automatgetriebes Download PDF

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Stefan Beck
Viktor Warth
Armin Gierling
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Das Automatgetriebe umfasst ein Steuergerät (SG), ein Gehäuse (GG), eine Elektromaschine (EM), eine verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle (AN), eine Abtriebswelle (AB), ein Planetenradsatzsystem mit neun Elementen (W1 bis W9), zwei Bremsen (B1, B2), vier Kupplungen (C1 bis C4). Das erste und fünfte Element (W1, W5) sind miteinander verbunden und mit der Antriebswelle (AN) verbindbar oder verbunden. Das zweite Element (W2) ist über die erste Bremse (B1) festsetzbar. Das dritte Element (W3) ist über die zweite Kupplung (C2) mit dem sechsten Element (W6) verbindbar. Das vierte Element (W4) ist mit einem Rotor (EMR) der Elektromaschine (EM) verbunden, über die erste Kupplung (C1) mit dem sechsten Element (W6) und über die dritte Kupplung (C3) mit dem siebten Element (W7) verbindbar. Das siebte Element (W7) ist über die zweite Bremse (B2) festsetzbar. Das achte Element (W8) ist über die vierte Kupplung (C4) mit dem neunten Element (W9) verbindbar. Das neunte Element (W9) ist mit der Abtriebswelle (AB) verbunden. Das Steuergerät (SG) ist konfiguriert zum Steuern und/oder Regeln einer Drehzahl der Elektromaschine (EM) und zum selektiven Schließen von Schaltelementen situativ in Gruppen unterschiedlicher Anzahl, beides in Abhängigkeit von einer im Steuergerät (SG) implementierten Betriebsstrategie.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Automatgetriebe in Planetenbauweise mit integrierter Elektromaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung dieses Automatgetriebes.
  • Automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise sind im Stand der Technik bereits vielfach beschrieben und unterliegen einer permanenten Weiterentwicklung und Verbesserung. So sollen diese Getriebe eine ausreichende Anzahl von Gängen und eine für Kraftfahrzeuge gut geeignete Übersetzung mit hohen Gesamtspreizung, günstigen Stufensprüngen und eine für den Anwendungsfall hinreichend große Anfahrübersetzung aufweisen. Andererseits sollen diese Getriebe einen möglichst geringen Bauaufwand, insbesondere eine geringe Anzahl an Schaltelementen erfordern. Üblicherweise sollen zudem bei sequentieller Schaltweise so genannte Gruppenschaltungen vermieden werden, also bei Schaltungen in den nächstfolgend höheren oder nächstfolgend niedrigeren Gang jeweils nur ein zuvor geschlossenes Schaltelement geöffnet und ein zuvor geöffnetes Schaltelement geschlossen werden.
  • Aus der US 2016/0265629 A1 ist ein gattungsgemäßes Automatgetriebe mit einem Getriebegehäuse, einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle, vier Planetenradsätzen, zwei hydraulisch betätigbaren Bremsen und vier hydraulisch betätigbaren Kupplungen bekannt, bei dem zur Bildung von zehn gruppenschaltungsfrei schaltbaren Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang in jedem Gang drei dieses sechs Schaltelemente geschlossen sind. Zwei der vier Planetenradsätze bilden einen ständig mit der Eingangswelle verbundenen Vorschaltradsatz, der als reduziertes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe in Bauart eines Ravigneaux-Planetenradsatzes ausgebildet ist. Die anderen beiden der vier Planetenradsätze bilden einen Hauptradsatz, der als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Getriebe ausgebildet und ständig mit der Eingangswelle und ständig mit der Ausgangswelle verbunden ist. 1A zeigt das Getriebeschema dieses gattungsgemäßen Automatgetriebes, 1B die zugehörige Schaltlogik.
  • Demnach umfasst der Vorschaltradsatz 10 einen Plus-Planetenradsatz 23 und einen Minus-Planetenradsatz 24, die miteinander gekoppelt sind, im ganzen umfassend ein erstes Sonnenrad 23s, und ein zweites Sonnenrad 24s, nur einen Planetenradträger 23c und nur ein Hohlrad 23r, von denen das erste Sonnenrad 23s dem Plus-Planetenradsatz 23 zugeordnet ist und das zweite Sonnenrad 24s dem Minus-Planetenradsatz 24 zugeordnet ist, während Planetenradträger 23c und Hohlrad 23r beiden Planetenradsätzen 23, 24 des Vorschaltradsatzes 10 zugeordnet sind. An diesem gemeinsamen Planetenradträger 23c sind innere und äußere Planetenräder des Plus-Planetenradsatzes 23 drehbar gelagert, von denen die äußeren Planetenräder gleichzeitig die Planetenräder des Minus-Planetenradsatzes 24 bilden. Entsprechend steht jedes der inneren Planetenräder mit dem ersten Sonnenrad 23s und einem der äußeren Planetenräder in Zahneingriff, während jedes der äußeren Planetenräder mit den zweiten Sonnenrad 24s, mit dem gemeinsamen Hohlrad 23r und mit einem der inneren Planetenräder in Zahneingriff. Das zweite Sonnenrad 24s des Vorschaltradsatzes 10 bildet die erste Welle des Vorschaltradsatzes 10 und ist ständig mit der ersten Bremse B1 verbunden, sodass die erste Welle des Vorschaltradsatzes 10 am Getriebegehäuse 11 festsetzbar ist. Der Planetenradträger 23c des Vorschaltradsatzes 10 bildet die zweite Welle des Vorschaltradsatzes 10 und ist ständig mit der Eingangswelle 20i verbunden. Das Hohlrad 23r des Vorschaltradsatzes 10 bildet die dritte Welle des Vorschaltradsatzes 10 und ist ständig mit der ersten und dritten Kupplung C1, C3 verbunden, sodass die dritte Welle des Vorschaltradsatzes 10 mit zwei verschiedenen Elementen des Hauptradsatzes 20 verbindbar ist. Das erste Sonnenrad 23s des Vorschaltradsatzes 10 bildet die vierte Welle des Vorschaltradsatzes 10 und ist ständig mit der zweiten Kupplung C2 verbunden, sodass auch die vierte Welle des Vorschaltradsatzes 10 mit dem Hauptradsatz 20 verbindbar ist.
  • Der Hauptradsatz 20 umfasst zwei miteinander gekoppelte einzelne Minus-Planetenradsätze 21, 22, jeder umfassend jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die mit dem entsprechenden Sonnenrad und dem entsprechenden Hohlrad in Zahneingriff stehen. Die beiden Sonnenräder 21s, 22s des Hauptradsatzes 20 sind ständig miteinander verbunden, bilden die erste Welle des Hauptradsatzes 20 und sind mit der ersten und zweiten Kupplung C1, C2 ständig verbunden, sodass die erste Welle des Hauptradsatzes 20 wahlweise mit der dritten oder mit der vierten Welle des Vorschaltradsatzes 10 verbindbar ist. Der Planetenradträger 22c des zweiten Planetenradsatzes 22 im Hauptradsatz 20 bildet die zweite Welle des Hauptradsatzes 20 und ist ständig mit der Ausgangswelle 20o und ständig mit der vierten Kupplung C4 verbunden. Das Hohlrad 22r des zweiten Planetenradsatzes 22 im Hauptradsatz 20 bildet die dritte Welle des Hauptradsatzes 20 und ist mit der zweiten Bremse B2 und der dritten Kupplung C3 ständig verbunden, sodass die dritte Welle des Hauptradsatzes 20 wahlweise am Getriebegehäuse 11 festsetzbar oder mit der dritten Welle des Vorschaltradsatzes 10 verbindbar ist. Der Planetenradträger 21c des ersten Planetenradsatzes 21 im Hauptradsatz 20 bildet die vierte Welle des Hauptradsatzes 20 und ist ständig mit der Eingangswelle 20i verbunden. Das Hohlrad 21r des ersten Planetenradsatzes 21 im Hauptradsatz 20 bildet die fünfte Welle des Hauptradsatzes 20 und ist ständig mit der vierten Kupplung C4 verbunden, sodass die fünfte Welle des Hauptradsatzes 20 mittels Schließen der vierten Kupplung C4 mit der zweiten Welle des Vorschaltradsatz 10 verbindbar ist.
  • Aus der DE 10 2015 007 439 B3 ist ein weiteres mehrgängiges Automatgetriebe mit einem Getriebegehäuse, einer verbrennungsmotorisch antreibbaren Eingangswelle, einer Ausgangswelle, vier Planetenradsätzen und sechs hydraulisch betätigbaren Schaltelementen bekannt, bei dem zwei der vier Planetenradsätze einen ständig mit der Eingangswelle verbundenen Vorschaltradsatz und die anderen beiden Planetenradsätze einen ständig mit der Eingangswelle und ständig mit der Ausgangswelle verbundenen Hauptradsatz bilden. Der Vorschaltradsatz der DE 10 2015 007 439 B3 ist als Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ausgebildet und unterscheidet sich von seiner Kinematik vom Vorschaltradsatz der US 2016/0265629 A1 , wohingegen der Hauptradsatz der DE 10 2015 007 439 B3 als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Getriebe ausgebildet und von seiner Kinematik her identisch mit dem Hauptradsatz der US 2016/0265629 A1 ist. Hinsichtlich der Anbindung der Schaltelemente an die Planetenradsätze ist bei der DE 10 2015 007 439 B3 vorgesehen, dass zwei der sechs Schaltelemente ständig nur mit dem Vorschaltradsatz verbunden sind, dass zwei andere der sechs Schaltelemente ständig nur mit dem Hauptradsatz verbunden sind, und dass die verbleibenden zwei der sechs Schaltelemente sowohl mit dem Vorschaltradsatz als auch mit dem Hauptradsatz ständig verbunden sind. Im Wesentlichen handelt es sich bei dem Automatgetriebe der DE 10 2015 007 439 B3 um eine Weiterentwicklung des aus der DE 10 2008 055 626 A1 bekannten 9-Gang-Automatgetriebes zu einem Hybridgetriebe mit einer integrierten Elektromaschine.
  • Wesentlich bei der DE 10 2015 007 439 B3 ist, dass der Rotor dieser integrierten Elektromaschine ständig mit einer der vier Wellen des Vorschaltradsatzes verbunden, die gleichzeitig auch mit drei der sechs Schaltelemente verbunden ist. Ohne Verwendung der Elektromaschine, also bei rein verbrennungsmotorischem Antrieb des Automtgetriebes, sind wie bei dem aus der DE 10 2008 055 626 A1 bekannten Basisgetriebe mittels selektives Schließen von Schaltelementen in Gruppen von drei Schaltelementen neun übersetzungsfixierte Vorwärtsgänge und ein übersetzungsfixierter Rückwärtsgang schaltbar. Die besondere Anbindung der Elektromaschine in den Leistungsfluss des Automatgetriebes ermöglicht durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen einen Anfahrgang mit rein elektromotorischem Antrieb und einer Übersetzung entsprechend dem ersten Vorwärtsgang. Sodann sind durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen zwei Lademodi, in denen der Rotor der Elektromaschine mit unterschiedlichem Drehzahlniveau angetrieben wird. Weiterhin sind durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen drei Betriebsmodi mit stufenloser Übersetzung realisiert. Der erste Betriebsmodus ermöglicht ein rein elektromotorisches stufenloses Anfahren, kann aber auch auch zum Hochschalten vom dritten in den vierten Vorwärtsgang und zum Rückschalten vom dritten in den ersten Vorwärtsgang genutzt werden. Der zweite Betriebsmodus ermöglicht einen stufenlosen oder übersetzungsgestuften Betrieb mit Drehzahlverhältnissen jenseits des neunten Vorwärtsgangs, kann aber auch als Stützgang bei einer Hochschaltung vom vierten in den fünften Vorwärtsgang, als Stützgang bei einer Hochschaltung vom fünften in den siebten Vorwärtsgang und als Stützgang bei einer Hochschaltung vom siebten in den neunten Vorwärtsgang genutzt werden. Der dritte Betriebsmodus steht als Stützgang bei einer Hochschaltung vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang und als Stützgang bei einer Hochschaltung vom siebten in den achten Vorwärtsgang zur Verfügung.
  • Die DE 10 2015 007 440 B3 zeigt ein der DE 10 2015 007 439 B3 sehr ähnliches Hybridgetriebe. Im Unterschied zur DE 10 2015 007 439 B3 ist der Rotor der Elektromaschine bei der DE 10 2015 007 440 B3 ständig mit einer der vier Wellen des Vorschaltradsatzes verbunden, die ihrerseits mit keinem der sechs Schaltelemente ständig verbunden ist. Diese Anbindung der Elektromaschine in den Leistungsfluss des Automatgetriebes ermöglicht - neben der durch selektives Schließen von Schaltelementen in Gruppen von drei Schaltelementen schaltbaren neun übersetzungsfixierte Vorwärtsgängen und dem übersetzungsfixierten Rückwärtsgang - durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen einen Anfahrgang mit rein elektromotorischem Antrieb und einer Übersetzung entsprechend dem ersten Vorwärtsgang, drei als Anfahrgang oder als Vorwärtsgang nutzbare Betriebsmodi mit stufenloser Übersetzung, sowie nunmehr drei zum Antrieb der Elektromaschine mit unterschiedlichem Drehzahlniveau nutzbare Lademodi.
  • Festzustellen ist, dass die kinematische Integration einer zusätzlichen Elektromaschine in den Kraftfluss eines gegebenen Automatgetriebes in Planetenbauweise für den Fachmann stets eine besondere Herausforderung ist, bedingt durch die jeweils sehr spezielle Kopplung der einzelnen Planetenradsatzelemente untereinander und zu den Schaltelementen. Jedoch besteht Bedarf, an sich bereits bekannte Automatgetriebe zu Hybridgetrieben weiterzuentwickeln, insbesondere mit dem Fokus darauf, die zusätzliche Elektromaschine funktionell vielfältig einsetzen zu können, wie beispielsweise bei der DE 10 2015 007 439 B3 und DE 10 2015 007 440 B3 speziell für das Getriebe gemäß DE 10 2008 055 626 A1 realisiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, aus diesem aus der US 2016/0265629 A1 bekannte Automatgetriebe ein Hybridgetriebe abzuleiten und ein Verfahren zu dessen Steuerung anzugeben.
  • Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch ein Automatgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Steuerung dieses Automatgetriebes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 und des Patentanspruchs 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Automatgetriebe vorgeschlagen, welches ein Steuergerät, ein Getriebegehäuse, eine verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen Vorschaltradsatz und einen Hauptradsatz umfasst, sowie ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement, ein fünftes Schaltelement und ein sechstes Schaltelement zum Schalten verschiedener Übersetzungen zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle. Der Vorschaltradsatz ist kinematisch als Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet, umfassend ein erstes Element, ein zweites Element, ein drittes Element und ein viertes Element. Der Hauptradsatz ist kinematisch als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet, umfassend ein fünftes Element, ein sechstes Element, ein siebtes Element, ein achtes Element und ein neuntes Element.
  • Das erste Element und das fünfte Element sind ständig miteinander verbunden und entweder über eine Anfahrkupplung mit der Antriebswelle verbindbar oder wirkverbindbar oder aber ständig mit der Antriebswelle verbunden oder wirkverbunden. Das zweite Element ist durch Schließen des ersten Schaltelementes am Getriebegehäuse festsetzbar. Das dritte Element ist durch Schließen des vierten Schaltelementes mit dem sechsten Element verbindbar. Das vierte Element ist durch Schließen des dritten Schaltelementes mit dem sechsten Element verbindbar und durch Schließen des fünften Schaltelementes mit dem siebten Element verbindbar. Das siebte Element ist durch Schließen des zweiten Schaltelementes am Getriebegehäuse festsetzbar. Das achte Element ist durch Schließen des vierten Schaltelementes mit dem neunten Element verbindbar. Das neunte Element ist ständig mit der Abtriebswelle verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist innerhalb des Getriebegehäuses eine Elektromaschine angeordnet, deren Rotor mit dem vierten Element ständig verbunden oder ständig wirkverbunden ist, und deren Stator verdrehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist. Dabei ist das Steuergerät konfiguriert zum Steuern und/oder Regeln einer Drehzahl des Rotors der Elektromaschine. Außerdem ist das Steuergerät konfiguriert zum selektiven Schließen von Schaltelementen des Automatgetriebes situativ in Gruppen unterschiedlicher Anzahl, beides in Abhängigkeit von einer im Steuergerät implementierten Betriebsstrategie.
  • Demnach ist das dem Vorschaltradsatz zugeordnete vierte Element elektromotorisch antreibbar, wohingegen das dem Vorschaltradsatz zugeordnete erste Element gemeinsam mit dem dem Hauptradsatz zugeordneten fünften Element verbrennungsmotorisch antreibbar ist. Das erfindungsgemäße Automatgetriebe eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug und zeichnet sich durch eine große Anzahl möglicher vorteilhafter Funktionen für den hybridischen Betrieb aus, worauf später noch genauer eingegangen wird.
  • Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines ersten Bauelemente an ein zweites Bauelement ist unter der Formulierung „ständig verbunden“ zu verstehen, dass das Eingangs- oder Ausgangselement dieses ersten Bauelementes über eine drehfeste oder im Wesentlichen drehfeste Verbindung unmittelbar mit diesem zweiten Bauelement verbunden ist, sodass es stets eine feste Drehzahlbeziehung zwischen dem zweiten Bauelement und dem Eingangs- bzw. Ausgangselement des ersten Bauelementes gibt.
  • Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines ersten Bauelemente an ein zweites Bauelement ist unter der Formulierung „ständig wirkverbunden“ zu verstehen, dass das Eingangs- oder Ausgangselement dieses ersten Bauelementes über eine weitere Komponente mit diesem zweiten Bauelement ständig verbunden ist. Eine solche weitere Komponente kann beispielsweise eine Übersetzungsstufe sein, sodass es trotzdem stets eine feste Drehzahlbeziehung zwischen dem zweiten Bauelement und dem Eingangs- bzw. Ausgangselement des ersten Bauelementes gibt.
  • Im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines ersten Bauelemente an ein zweites Bauelement ist unter der Formulierung „wirkverbunden“ zu verstehen, dass das Eingangs- oder Ausgangselement dieses ersten Bauelementes über eine weitere Komponente mit diesem zweiten Bauelement verbunden ist. Eine solche weitere Komponente kann beispielsweise ein Torsionsdämpfer oder eine Rutschkupplung sein, sodass die Drehzahlbeziehung zwischen dem zweiten Bauelement und dem Eingangs- bzw. Ausgangselement des ersten Bauelementes situativ gewissen Schwankungen unterworfen ist, die sich innerhalb konstruktiv vorgegebener Grenzen bewegen.
  • Als „Element eines Planetenradsatzes“ gelten bekanntlich Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad dieses Planetenradsatzes.
  • Entsprechend ist im Zusammenhang mit der Ankoppelung eines Schaltelementes oder eines Elementes eines Planetenradsatzes an das Gehäuse ist unter der Formulierung „ständig verbunden“ zu verstehen, dass das Ausgangselement dieses Schaltelementes bzw. das jeweilige Planetenradsatzelement über eine drehfeste oder drehelastischen Verbindung unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist, sodass das Ausgangselement des dieses Schaltelementes bzw. das jeweilige Planetenradsatzelement stets stillsteht.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät konfiguriert zum selektiven Schließen von Schaltelementen situativ in Gruppen von zwei oder drei Schaltelementen, in Abhängigkeit von der im Steuergerät implementierten Betriebsstrategie. Vorzugsweise umfasst die Betriebsstrategie dabei zumindest eine Ansteuerstrategie für die Elektromaschine, eine Schaltstrategie zur Bildung von verschiedenen Konstant-Übersetzungen im Automatgetriebe bei rein verbrennungsmotorischem Antrieb des Automatgetriebes, eine Schaltstrategie zur Bildung von verschiedenen Konstant-Übersetzungen im Automatgetriebe bei rein elektromotorischem Antrieb des Automatgetriebe und eine Schaltstrategie zur Bildung von stufenlosen Übersetzungen im Automatgetriebe bei kombiniert verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb des Automatgetriebes. Zusätzlich kann die Betriebsstrategie auch eine Schaltstrategie zur Bildung von zumindest einer Konstant-Übersetzung im Automatgetriebe umfassen, bei der ein elektrisch mit der Elektromaschine verbundener Energiespeicher verbrennungsmotorisch aufgeladen wird.
  • So lassen sich in Verbindung mit der angegebenen Getriebekinematik durch die Auswahl geeigneter Schaltelementkombinationen in vorteilhafter Weise bei geöffneter Anfahrkupplung bis zu neun verschiedene Betriebsmodi und bei geschlossener oder nicht vorhandenen Anfahrkupplung zumindest zwei verschiedene Betriebsmodi aktivieren, in denen eine Leistung der Elektromaschine mit unterschiedlicher Konstant-Übersetzung auf die Abtriebswelle übertragbar ist. Ferner lassen sich bis zu zwei Anfahrmodi mit stufenloser Übersetzung aktivieren, in denen zum Beschleunigen der Abtriebswelle aus einer Drehzahl Null heraus das Automatgetriebe kombiniert verbrennungsmotorisch und elektromotorisch antreibbar ist. Auch lassen sich bis zu zehn Vorwärtsgänge unterschiedlicher Konstant-Übersetzung und ein Rückwärtsgang mit einer Konstant-Übersetzung aktivieren, in denen eine verbrennungsmotorische Leistung auf die Abtriebswelle übertragbar ist, wobei bei zumindest fünf verschiedenen Hochschaltungen und fünf verschiedenen Rückschaltungen die die im Laufe dieser Gangwechsel an den jeweils beteiligten Schaltelementen auftretenden Stützmomente von der Elektromaschine aufgebracht werden können. Zusätzlich lassen sich auch bis zu zwei Lademodi aktivieren, in denen zum Aufladen eines mit der Elektromaschine elektrisch verbundenen Energiespeichers die Elektromaschine verbrennungsmotorisch angetrieben wird, ohne dass dabei eine Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle erfolgt. Somit können diese Lademodi nicht nur bei stehendem Kraftfahrzeug aktiviert werden, sondern auch dann, wenn das Kraftfahrzeug bei laufendem Verbrennungsmotor ohne Kraftschluss im Automatgetriebe rollt.
  • Da die Elektromaschine während eines Gangwechsels vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang, vom vierten in den fünften Vorwärtsgang, vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang sowie vom siebten in den achten Vorwärtsgang derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes des Planetenradsatzsystems über einen oder mehrere der Planetenradsätze den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes des Planetenradsatzsystems überlagert wird, können das erste und das zweite Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein, was große Vorteile hinsichtlich der obligatorischen Schleppverluste bietet und auch Vorteile für den benötigten Bauraum. Da die Elektromaschine auch während eines Gangwechsels vom dritten in den vierten Vorwärtsgang, vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang sowie vom siebten in den achten Vorwärtsgang derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes über einen oder mehrere der Planetenradsätze den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes überlagert wird, können auch das fünfte und das sechste Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
  • Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Elektromaschine innerhalb des Getriebegehäuses stehen dem Fachmann prinzipiell mehrere sinnvolle Möglichkeiten zur Verfügung, auch abhängig von dem räumlichen Aufbau des Planetenradsatzsystems. Vorzugsweise ist die die Elektromaschine in axialer Richtung gesehen in einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz angeordnet. Alternativ kann die Elektromaschine in axialer Richtung gesehen aber auch im Wesentlichen auf der derjenigen Seite des Vorschaltradsatzes angeordnet sein, die dem Hauptradsatz abgewandt ist. Alternativ kann die Elektromaschine in axialer Richtung gesehen aber in einem Bereich axial zwischen Vorschaltradsatz und Hauptradsatz angeordnet sein, dann vorzugsweise auf derjenigen Seite des zweiten Schaltelementes, die dem Vorschaltradsatz zugewandt ist.
  • Die Erfindung basiert auf einer systematischen Analyse der besonderen Kinematik des aus der US 2016/0265629 A1 bekannten Automatgetriebes. Gleichwohl problemlos mit dem in der US 2016/0265629 A1 angegebenen Planetengetriebe kombinierbar, ist die vorgeschlagene Anbindung der Elektromaschine in den Kraftfluss des Automatgetriebes nicht beschränkt auf nur exakt das in der US 2016/0265629 A1 angegebene Getriebeschema.
  • Wird die in der Erfindung vorgeschlagene Anbindung der Elektromaschine in den durch die vier Elemente des Vorschaltradsatzes und die fünf Elemente des Hauptradsatzes definierten Kraftfluss des Automatgetriebes mit dem in der US 2016/0265629 A1 angegebenen Getriebe mit seinen vier Planetenradsätzen kombiniert, so bildet
    • • die als gemeinsamer Planetenradträger des ersten und des zweiten Planetenradsatzes ausgebildete erste Koppelwelle des Vorschaltradsatzes das erste Element,
    • • das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes das zweite Element,
    • • das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes das dritte Element,
    • • die als gemeinsames Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes ausgebildete zweite Koppelwelle des Vorschaltradsatzes das vierte Element,
    • • der Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes das fünfte Element,
    • • die das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes verbindende Koppelwelle des Hauptradsatz das sechste Element,
    • • das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes das siebte Element,
    • • das Hohlrad des vierten Planetenradsatzes das achte Element und
    • • der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes das neunte Element.
  • Jedoch kann der in der US 2016/0265629 A1 angegebene Vorschaltradsatz vom Typ Ravigneaux-Planetenradsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf durch einen Vorschaltradsatz vom Typ Simpson-Planetenradsatz ersetzt werden, ohne auf die besonderen Vorteile der in der Erfindung vorgeschlagenen Anbindung der Elektromaschine in den durch die vier Elemente des Vorschaltradsatzes und die fünf Elemente des Hauptradsatzes definierten Kraftfluss des Automatgetriebes verzichten zu müssen. In diesem Fall bildet
    • • ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes des Simpson-Vorschaltradsatzes das erste Element,
    • • eine erste Koppelwelle des Simpson-Vorschaltradsatzes, die ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Simpson-Vorschaltradsatzes und ein Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes des Simpson-Vorschaltradsatzes ständig miteinander verbindet, das zweite Element,
    • • ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Simpson-Vorschaltradsatzes das dritte Element,
    • • eine zweite Koppelwelle des Simpson-Vorschaltradsatzes, die einen Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Simpson-Vorschaltradsatzes ständig miteinander verbindet, das vierte Element,
    • • der Planetenradträger des dem Hauptradsatz zugeordneten vierten Planetenradsatzes das fünfte Element,
    • • das Sonnenrad des dem Hauptradsatz zugeordneten dritten Planetenradsatzes zusammen mit dem Sonnenrad des dem Hauptradsatz zugeordneten vierten Planetenradsatzes das sechste Element,
    • • das Hohlrad des dem Hauptradsatz zugeordneten dritten Planetenradsatzes das siebte Element,
    • • das Hohlrad des dem Hauptradsatz zugeordneten vierten Planetenradsatzes das achte Element und
    • • der Planetenradträger des dem Hauptradsatz zugeordneten dritten Planetenradsatzes das neunte Element.
  • Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der einzelnen Planetenradsätze innerhalb des Getriebegehäuses stehen dem Fachmann viele Möglichkeiten zur Verfügung. Als ein Beispiel für eine vorteilhaft kompakte Anordnung sei eine Ausgestaltung erwähnt, bei der die vier Planetenradsätze und die Elektromaschine koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die vier Planetenradsätze in axialer Richtung hintereinander in einer Reihenfolge „erster, zweiter, dritter, vierter Planetenradsatz“ angeordnet sind.
  • Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Steuerung der erfindungsgemäßen Automatgetriebe mittels eines in dem Steuergerät implementierten Algorithmus vorgeschlagen.
  • In Verbindung mit einem Automatgetriebe, bei dem im Kraftfluss zwischen dem ersten Element des Planetenradsatzsystems und der Antriebswelle eine Anfahrkupplung abgeordnet ist, also ein zum Antrieb des Automatgetriebes vorgesehener Verbrennungsmotor durch Öffnen der Anfahrkupplung abkoppelbar ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels eines in dem Steuergerät des Automatgetriebes implementierten Algorithmus durch selektives Schließen von Schaltelementen in Gruppen von drei Schaltelementen mehrere Betriebsmodi aktivierbar sind, in denen bei geöffneter Anfahrkupplung eine Leistung der Elektromaschine auf die Abtriebswelle übertragbar ist, also ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb möglich ist, konkret
    • • ein erster Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes, alternativ des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes oder alternativ des zweiten, dritten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein zweiter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes,
    • • ein dritter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des zweiten, vierten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein vierter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein fünfter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein sechster Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein siebter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes,
    • • ein achter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, dritte und fünften Schaltelementes, alternativ des dritten, fünften und sechsten Schaltelementes alternativ des vierten, fünften und sechsten Schaltelementes, alternativ des dritten, vierten und sechsten Schaltelementes oder alternativ des dritten, vierten und fünften Schaltelementes, sowie
    • • ein neunter Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes,
    wobei alle diese neun Betriebsmodus Vorwärtsgänge unterschiedlicher Konstant-Übersetzung bilden.
  • In Verbindung mit einem Automatgetriebe, bei dem das erste Element des Radsatzsystems mit der Antriebswelle ständig verbunden oder mit der Antriebswelle ständig wirkverbunden ist, bei dem also das erste Element des Planetenradsatzsystems über die Antriebswelle mit einem zum Antrieb der Automatgetriebes vorgesehenen Verbrennungsmotor direkt verbunden oder über einen Torsionsdämpfer wirkverbunden ist, ohne dass im Kraftfluss zwischen dem ersten Element und dem Verbrennungsmotor ein separates Anfahrelement angeordnet ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels eines in dem Steuergerät des Automatgetriebes implementierten Algorithmus durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen zwei Betriebsmodi aktivierbar sind, in denen eine Leistung der Elektromaschine auf die Abtriebswelle übertragbar ist,
    • • den ersten Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des zweiten und dritten Schaltelementes,
    • • den zweiten Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des dritten und fünften Schaltelementes,
    wobei beide Betriebsmodi Vorwärtsgänge unterschiedlicher Übersetzung bilden.
  • Unabhängig davon, ob das Automatgetriebe eine Anfahrkupplung aufweist oder nicht, also unabhängig davon, ob das erste Element des Planetenradsatzsystems mit der Antriebswelle (und damit mit dem Verbrennungsmotor) verbindbar oder ständig verbunden ist, ist bei dem Verfahren vorzugsweise vorgesehen, dass durch kombiniertes paarweises Schließen von Schaltelementen mehrere Anfahrmodi mit stufenloser Übersetzung vorgesehen sind, in denen zum Beschleunigen der Abtriebswelle das Automatgetriebe kombiniert verbrennungsmotorisch und elektromotorisch antreibbar ist, wobei die Elektromaschine bei nicht rotierender Abtriebswelle und beim Beschleunigen der Abtriebswelle aus Drehzahl Null heraus generatorisch betrieben wird. Vorzugsweise ist durch kombiniertes Schließen des fünften und sechsten Schaltelementes ein erster Anfahrmodus aktivierbar, in dem die Abtriebswelle aus Drehzahl Null heraus in eine Drehrichtung entsprechend einer stufenlosen Vorwärtsgangübersetzung beschleunigt werden kann. Vorzugsweise ist durch kombiniertes Schließen des zweiten und vierten Schaltelementes ein zweiter Anfahrmodus aktivierbar, in dem die Abtriebswelle aus Drehzahl Null heraus in eine Drehrichtung entsprechend einer stufenlosen Rückwärtsgangübersetzung beschleunigt werden kann.
  • Sofern das Automatgetriebe eine im Kraftfluss zwischen dem ersten Element des Planetenradsatzsystems und der Antriebswelle eine Anfahrkupplung umfasst, ist diese Anfahrkupplung in diesen Anfahrmodi vorzugsweise vollständig geschlossen, zumindest aber soweit drehmomentführend, dass die Drehzahl der Antriebswelle, die Drehzahl der Elektromaschine und die Drehzahl der Abtriebswelle über einen oder mehreren der Planetenradsätze des Automatgetriebes überlagert wird und die Elektromaschine dabei ein Drehmoment abstützt.
  • Unabhängig davon, ob das Automatgetriebe eine Anfahrkupplung aufweist oder nicht, ist bei dem Verfahren vorzugsweise auch vorgesehen, dass durch kombiniertes Schließen des ersten Schaltelementes und eines der verbleibenden fünf Schaltelemente ein erster Lademodus aktivierbar ist, in dem - zum Aufladen eines mit der Elektromaschine elektrisch verbundenen Energiespeichers - die Elektromaschine mit einer Drehzahl größer der Drehzahl der Antriebswelle verbrennungsmotorisch angetrieben wird, ohne dass dabei eine Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle erfolgt. Zudem kann durch kombiniertes Schließen des dritten und vierten Schaltelementes ein zweiter Lademodus aktivierbar sein, in dem die Elektromaschine mit Drehzahl der Antriebswelle angetrieben wird, ohne dass dabei eine Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle erfolgt.
  • Sodann kann bei dem Verfahren - unabhängig davon, ob das Automatgetriebe eine Anfahrkupplung aufweist oder nicht - vorgesehen sein, dass durch selektives Schließen von Schaltelementen in Gruppen von drei Schaltelementen mehrere Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang aktivierbar sind, in denen eine verbrennungsmotorische Leistung auf die Abtriebswelle übertragbar ist, konkret
    • • ein erster Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes,
    • • ein zweiter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des erste, zweite und dritten Schaltelementes,
    • • ein dritter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes,
    • • ein vierter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelementes - alternativ des zweiten, vierten und sechsten Schaltelementes, alternativ des zweiten, fünften und sechsten Schaltelementes oder alternativ des zweiten, dritten und sechsten Schaltelementes -,
    • • ein fünfter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein sechster Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes,
    • • ein siebter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des dritten, fünften und sechsten Schaltelementes - alternativ des vierten, fünften und sechsten Schaltelementes, alternativ des dritten, vierten und sechsten Schaltelementes oder alternativ des dritten, vierten und fünften Schaltelementes -,
    • • ein achter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes,
    • • ein neunter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelementes,
    • • ein zehnter Vorwärtsgang durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes, sowie
    • • der Rückwärtsgang durch kombiniertes Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Elektromaschine während einzelner Gangwechsel derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des Rotors der Elektromaschine über einen oder mehrere der Planetenradsätze den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes gezielt überlagert wird, um diese Gangwechsel elektromotorisch zu stützen. In diesem Fall wird das bei diesen Gangwechseln an den beteiligten Schaltelementen auftretende Stützmoment teilweise oder sogar vollständig von der Elektromaschine aufgebracht, die Drehzahlsynchonisierung an den beteiligten Schaltelementen also über die Drehzahl der Elektromaschine geregelt. Diese besondere Funktionalität beim Gangwechsel ermöglicht, die hieran beteiligten Reibschaltelemente deutlich kleiner zu dimensionieren oder auch durch formschlüssige Schaltelemente zu ersetzen.
  • Von den Dimensionierungsvorteilen profitieren können insbesondere das fünfte und sechste Schaltelement: Das als Kupplung ausgebildete fünfte Schaltelement ist beim Gangwechsel vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang und umgekehrt vom siebten in den sechsten Vorwärtsgang beteiligt; die vorgesehene kinematischen Anbindung der Elektromaschine an den Vorschaltradsatz ermöglicht das Stützen bzw. Synchonisieren genau dieser Gangwechsel. Das ebenfalls als Kupplung ausgebildete sechste Schaltelement ist beim Gangwechsel vom dritten in den vierten Vorwärtsgang und umgekehrt vom vierten in den dritten Vorwärtsgang beteiligt; die vorgesehene kinematischen Anbindung der Elektromaschine an den Vorschaltradsatz ermöglicht das Stützen bzw. Synchonisieren auch dieser Gangwechsel.
  • Von den Vorteilen eines formschlüssigen Schaltelementes profitieren insbesondere das erste und das zweite Schaltelement: Das als Bremse ausgebildete erste Schaltelement ist beim Gangwechsel vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang und umgekehrt vom zweiten in den ersten Vorwärtsgang, beim Gangwechsel vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang und umgekehrt vom siebten in den sechsten Vorwärtsgang, sowie beim Gangwechsel vom siebten in den achten Vorwärtsgang und umgekehrt vom achten in den siebten Vorwärtsgang beteiligt; die vorgesehene kinematischen Anbindung der Elektromaschine an den Vorschaltradsatz ermöglicht das Stützen bzw. Synchonisieren aller dieser Gangwechsel. Das ebenfalls als Bremse ausgebildete zweite Schaltelement ist beim Gangwechsel vom vierten in den fünften Vorwärtsgang und umgekehrt vom fünften in den vierten Vorwärtsgang beteiligt; die vorgesehene kinematischen Anbindung der Elektromaschine an den Vorschaltradsatz ermöglicht das Stützen bzw. Synchonisieren auch dieser Gangwechsel.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Gleiche bzw. vergleichbare Bauteile sind dabei auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
    • 1A eine schematische Darstellung eines Automatgetriebes nach dem Stand der Technik;
    • 1B ein Schaltschema für das Automatgetriebe gemäß 1A;
    • 2 ein schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Automatgetriebe gemäß der Erfindung;
    • 3 eine erste funktionale Darstellung eines Automatgetriebes gemäß der Erfindung;
    • 4A eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Automatgetriebes gemäß 3;
    • 4B ein Schaltschema für Gänge des Automatgetriebes gemäß 4A bei verbrennungsmotorischem Antrieb;
    • 4C ein Schaltschema für einen Anfahrmodus des Automatgetriebes gemäß 4A zum Anfahren mit stufenloser Übersetzung bei kombiniert verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb;
    • 4D ein Schaltschema für Lademodi des Automatgetriebes gemäß 4A;
    • 4E ein Schaltschema für Betriebsmodi des Automatgetriebes gemäß 4A bei elektromotorischem Antrieb;
    • 5A eine schematische Darstellung einer beispielhaften ersten Anordnungsvariante des Automatgetriebes gemäß 4A;
    • 5B eine schematische Darstellung einer beispielhaften zweiten Anordnungsvariante des Automatgetriebes gemäß 4A;
    • 6A eine schematische Darstellung einer beispielhaften ersten Konstruktionsvariante des Automatgetriebes gemäß 4A;
    • 6B eine schematische Darstellung einer beispielhaften zweiten Konstruktionsvariante des Automatgetriebes gemäß 4A;
    • 7A eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Automatgetriebes gemäß 3;
    • 7B ein Schaltschema für einen Anfahrmodus des Automatgetriebes gemäß 7A zum Anfahren mit stufenloser Übersetzung bei kombiniert verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb;
    • 7C ein Schaltschema für Lademodi des Automatgetriebes gemäß 7A;
    • 7D ein Schaltschema für Betriebsmodi des Automatgetriebes gemäß 7A bei elektromotorischem Antrieb;
    • 8A eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Automatgetriebes gemäß 3;
    • 8B ein Schaltschema für Gänge des Automatgetriebes gemäß 8A bei verbrennungsmotorischem Antrieb;
    • 9A eine schematische Darstellung einer beispielhaften ersten Anordnungsvariante des Automatgetriebes gemäß 8A;
    • 9B eine schematische Darstellung einer beispielhaften zweiten Anordnungsvariante des Automatgetriebes gemäß 8A;
    • 10 eine zweite funktionale Darstellung eines Automatgetriebes gemäß der Erfindung;
    • 11A eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des Automatgetriebes gemäß 10;
    • 11B ein Schaltschema für Betriebsmodi des Automatgetriebes gemäß 11A bei elektromotorischem Antrieb;
    • 12A eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Automatgetriebes gemäß 10; und
    • 12B ein Schaltschema für Betriebsmodi des Automatgetriebes gemäß 12A bei elektromotorischem Antrieb.
  • Die 1A und 1B zeigen Getriebeschema und Schaltlogik des aus dem Stand der Technik der US 2016/0265629 A1 bekannten Automatgetriebes mit zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, wie bereits eingangs der Patentanmeldung im Detail erläutert.
  • Anhand der 2 bis 12 werden im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Automatgetriebe näher erläutert.
  • 2 zeigt eine stark vereinfachte schematisierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs FZG, umfassend einen Verbrennungsmotor VM und ein als Automatgetriebe gemäß der Erfindung ausgebildetes Getriebe GE, dessen Antriebswelle AN vom Verbrennungsmotor VM antreibbar ist. Eine Abtriebswelle AB des Getriebes GE ist über ein hier nicht näher dargestelltes Achs-Differential mechanisch mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeug FZG wirkverbunden. Zur Gangbildung des Getriebes GE dient eine Planetengetriebe, hier gebildet durch die Kombination eines Vorschaltradsatzes VS und einen Hauptradsatzes HS, der durch mehrere hier nicht dargestellte Schaltelemente schaltbar ist. In dem Getriebe GE ist eine Elektromaschine EM integriert, die ebenfalls auf das Planetengetriebe wirkt. Die Elektromaschine EM ist über eine elektrische Leitung EL elektrisch mit einem Energiespeicher ES verbunden, sodass einerseits der Energiespeicher ES die für den motorischen Betrieb der Elektromaschine EM bereitstellen kann und andererseits die Elektromaschine EM im generatorischen Betrieb den Energiespeicher ES wieder laden kann. Zur Steuerung des Getriebes GE und seiner Elektromaschine EM ist ein Steuergerät SG vorgesehen, in dem Algorithmen zur Ansteuerung von Schaltelementen und Elektromaschine EM implementiert sind.
  • 3 zeigt eine erste funktionale Darstellung eines solchen Getriebes GE, als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Automatgetriebe. Zur Gangbildung des Getriebes GE sind hier sechs Schaltelemente B1, B2, C1, C2, C3, C4 vorgesehen, genauer gesagt zwei Bremsen B1, B2 und vier Kupplungen C1, C2, C3, C4. Der Vorschaltradsatz VS ist kinematisch als Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet ist, umfassend ein erstes Element W1, ein zweites Element W2, ein drittes Element W3 und ein viertes Element W4. Der Hauptradsatz HS ist kinematisch als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet, umfassend ein fünftes Element W5, ein sechstes Element W6, ein siebtes Element W7, ein achtes Element W8 und ein neuntes Element W9. Als „Element eines Planetenradsatzes“ gelten bekanntlich ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und Hohlrad dieses Planetenradsatzes.
  • Die im Getriebe GE integrierte Elektromaschine EM weist einen Rotor EMR auf, der ständig mit dem vierten Element W4 verbunden ist. Ein Stator EMS der Elektromaschine EM ist verdrehfest mit dem Getriebegehäuse GG verbunden.
  • Hinsichtlich der Koppelung dieser neun Elemente W1 bis W9 untereinander, an die Antriebswelle AN, an die Abtriebswelle AB und an die sechs Schaltelemente B1, B2, C1, C2, C3, C4 ist dabei folgendes vorgesehen: Das erste Element W1 und das fünfte Element W5 sind ständig miteinander verbunden und durch Schließen einer Anfahrkupplung AK mit der Antriebswelle AN verbindbar. Das zweite Element W2 ist durch Schließen des ersten Schaltelementes B1 an einem Gehäuse GG des Getriebes GE festsetzbar. Das dritte Element W3 ist durch Schließen des vierten Schaltelementes C2 mit dem sechsten Element W6 verbindbar. Das vierte Element W4 ist durch Schließen des dritten Schaltelemente C1 mit dem sechsten Element W6 verbindbar ist und durch Schließen des fünften Schaltelemente C3 mit dem siebten Element W7 verbindbar. Das siebte Element W7 ist durch Schließen des zweiten Schaltelementes B2 am Getriebegehäuse GG festsetzbar. Das achte Element W8 ist durch Schließen des vierten Schaltelementes C4 mit dem neunten Element W9 verbindbar. Das neunte Element W9 ist ständig mit der Abtriebswelle AB verbunden.
  • Alternativ zu 3 kann im Kraftfluss zwischen dem ersten Element W1 und der Antriebwelle AN oder im Kraftfluss zwischen Antriebswelle AN und einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM ein Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet sein, sodass in diesem Fall das erste und fünfte Element W1, W5 mit der Antriebswelle AN bzw. der Kurbelwelle ständig wirkverbunden sind.
  • In 4A ist das Getriebeschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes mit der Kinematik gemäß 3 dargestellt, welches in den beispielhaften Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs FZG gemäß 2 einbaubar ist. Das als Automatgetriebe ausgebildete Getriebe GE umfasst zur Bildung verschiedener Übersetzungen zwischen Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und sechs Schaltelemente B1, B2, C1, C2, C2, C4, alle angeordnet in einem Getriebegehäuse GG des Getriebes GE. Antreibbar ist das Getriebe GE zum einen von dem in der Figur stark vereinfacht dargestellten Verbrennungsmotor VM, dessen Drehzahl und Drehmoment über die Antriebswelle AN unter Zwischenschaltung eines Torsionsdämpfers TD auf die antriebsseitige Kupplungshälfte einer Anfahrkupplung AK übertragen wird. Die Anfahrkupplung AK ist beispielshaft als Lamellenkupplung ausgebildet. Die abtriebsseitige Kupplungshälfte dieser Anfahrkupplung AK ist mit einer Getriebeeingangswelle verbunden, sodass zur Übertragung der Antriebsleistung des Verbrennungsmotor VM zum Getriebe GE die Anfahrkupplung AK hinreichend geschlossen sein muss. Als Alternativen zur Lamellenkupplung im Kraftfluss zwischen Verbrennungsmotor VM und Getriebeeingangswelle eignen sich vorzugsweise solche Anfahrelemente, die sich vollständig vom Verbrennungsmotor trennen lassen. Zum anderen ist das Getriebe GE von der innerhalb des Getriebegehäuses GG angeordneten Elektromaschine EM elektromotorisch antreibbar.
  • Die vier Planetenradsätze RS1 bis RS4 des Getriebes GE sind räumlich gesehen beispielhaft axial hintereinander angeordnet, hierbei beispielhaft in Reihenfolge „RS1 - RS2 - RS3 - RS4“, wobei der erste Planetenradsatz RS1 auf der Antriebsseite des Getriebes GE angeordnet ist und der vierte Planetenradsatz RS4 auf der Abtriebsseite des Getriebes GE. In einer anderen Ausgestaltung des Getriebes können die vier Planetenradsätze unter Beibehaltung der Kinematik auch in geänderter Reihenfolge angeordnet sein, was insbesondere dann sinnvoll sein kann, wenn bei dem Getriebe Getriebeeingangs und Getriebeausgangswelle nicht koaxial zueinander angeordnet sein sollen.
  • Der erste und zweite Planetenradsatz RS1, RS2 bilden kinematisch den erwähnten Vorschaltradsatz VS, hier in Bauart eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebes umfassend ein erstes Element W1, ein zweites Element W2, ein drittes Element drehbares W3 und ein viertes Element W4. Alle diese vier Elemente W1, W2, W3, W4 sind drehbare Planetengetriebeelemente des Vorschaltradsatz VS und können auch als die vier Wellen des Vorschaltradsatzes VS bezeichnet werden.
  • In 4A leicht ersichtlich ist, dass der Vorschaltradsatz VS in diesem Ausführungsbeispiel in Bauart des bekannten Ravigneaux-Planetenradsatzes ausgebildet ist, umfassend zwei Sonnenräder SO1 und SO2, einen gekoppelten Planetenradträger ST12 und ein gemeinsames Hohlrad HO12. Der erste Planetenradsatz RS1 ist hierbei als Minus-Planetenradsatz ausgebildet, während der zweite Planetenradsatz RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet ist. Entsprechend sind an dem gemeinsamen Planetenradträger ST12 die dem ersten Planetenradsatz RS1 zugeordneten Planetenräder PL1 drehbar gelagert, die alle mit dem dem ersten Planetenradsatz RS1 zugeordneten Sonnenrad SO1 und mit dem gemeinsamen Hohlrad HO12 kämmen. Weiterhin sind an dem gemeinsamen Planetenradträger ST12 auch die dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugeordneten inneren Planetenräder PL2i und äußeren Planetenräder PL2a drehbar gelagert, wobei jedes dieser inneren Planetenräder PL2i mit einem dieser äußeren Planetenräder PL2a und mit dem dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugeordneten Sonnenrad SO2 kämmen, und wobei jedes dieser äußeren Planetenräder PL2a mit einem dieser inneren Planetenräder PL2i und dem gemeinsamen Hohlrad HO12 kämmen. Dabei bilden die äußeren Planetenräder PL2a des zweiten Planetenradsatzes gleichzeitig die Planetenräder PL1 des ersten Planetenradsatzes RS1.
  • Bezogen auf die dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten vier Elemente W1, W2, W3 und W4, bildet der gemeinsame Planetenradträger ST12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 das erste Element W1, das Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 das zweite Element W2, das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 das dritte Element W3 und das gemeinsame Hohlrad HO12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 das vierte Element W4.
  • Der dritte und vierte Planetenradsatz RS3, RS4 bilden kinematisch den erwähnten Hauptradsatz HS, hier in Bauart eines als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Planetengetriebes umfassend ein fünftes Element W5, ein sechstes Element W6, ein siebtes Element W7, ein achtes Element W8 und ein neuntes Element W9. Alle diese fünf Elemente W5, W6, W7, W8, W9 sind drehbare Planetengetriebeelemente des Hauptradsatz HS und können auch als die fünf Wellen des Hauptradsatzes HS bezeichnet werden.
  • In 4A ebenfalls leicht ersichtlich ist, dass der Hauptradsatz HS ähnlich des bekannten Simpson-Planetenradsatzes ausgebildet ist, umfassend zwei Sonnenräder, zwei Planetenradträger und zwei Hohlräder. Der dritte und der vierte Planetenradsatz RS3, RS4 sind beide als einfacher Minus-Planetenradsatz ausgebildet, jeweils umfassend ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad. Entsprechend ist beim dritten Planetenradsatzes RS3 das Sonnenrad mit SO3 bezeichnet, der Planetenradträger mit ST3 und das Hohlrad mit HO3, wohingegen beim vierten Planetenradsatz RS3 das Sonnenrad mit SO4, der Planetenradträger mit ST4 und das Hohlrad mit HO4 bezeichnet ist. Entsprechend der Ausbildung als Minus-Planetenradsatz sind am Planetenradträger ST3 Planetenräder PL3 des dritten Planetenradsatzes RS3 drehbar gelagert, wobei jedes dieser Planetenräder PL3 mit dem Sonnenrad SO3 und mit dem Hohlrad HO3 kämmt. In gleicher Weise sind am Planetenradträger ST4 Planetenräder PL4 des vierten Planetenradsatzes RS4 drehbar gelagert, wobei jedes dieser Planetenräder PL4 mit dem Sonnenrad SO4 und mit dem Hohlrad HO4 kämmt. Wie beim Simpson-Planetenradsatz ist das Sonnenrad SO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ständig mit dem Sonnenrad SO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden. Im Unterschied zum Simpson-Planetenradsatz ist der Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 nicht ständig mit dem Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden, sondern über das sechste Schaltelement C4 des Getriebes GE verbindbar.
  • Bezogen auf die dem Hauptradsatz HS zugeordneten fünf Elemente W5, W6, W7, W8 und W9, bildet der Planetenradträger ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 das fünfte Element W5, die durch die miteinander verbundenen Sonnenräder SO3, SO4 des dritten und vierten Planetenradsatzes RS3, RS4 gebildete Koppelwelle das sechste Element W6, das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 das siebte Element W7, das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 das achte Element W8 und der Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 das neunte Element W9.
  • Dabei ist vorgesehen, dass das dem Vorschaltradsatz VS zugeordnete erste Element W1 - also der Planetenradträger ST12- und das dem Hauptradsatz HS zugeordnete fünfte Element W5 - also der Planetenradträger ST4 - ständig miteinander verbunden sind und zudem durch Schließen der Anfahrkupplung AK mit der Antriebswelle AN hier unter Zwischenschaltung des Torsionsdämpfers TD wirkverbindbar sind. Bei Entfall des Torsionsdämpfers TD wären das erste und das fünfte Element W1, W5 zusammen durch Schließen der Anfahrkupplung AK mit der Antriebswelle AN verbindbar.
  • Sodann ist vorgesehen, dass das dem Hauptradsatz HS zugeordnete neunte Element W9 - also der Planetenradträger ST3 - ständig mit der Abtriebswelle AB verbunden ist.
  • Das erste Schaltelement B1 des Getriebes GE ist als Bremse ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten) zweiten Element W2 und dem Getriebegehäuse GG angeordnet, sodass das Sonnenrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mittels Schließen dieser Bremse B1 am Getriebegehäuse GG festsetzbar ist.
  • Das zweite Schaltelement B2 des Getriebes GE ist als Bremse ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Hauptradsatz HS zugeordneten) siebten Element W7 und dem Getriebegehäuse GG angeordnet, sodass das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mittels Schließen dieser Bremse B2 am Getriebegehäuse GG festsetzbar ist.
  • Das dritte Schaltelement C1 des Getriebes GE ist als Kupplung ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Hauptradsatz HS zugeordneten) sechsten Element W6 und dem (dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten) vierten Element W4 angeordnet, sodass die ständig miteinander verbundenen Sonnenräder SO3, SO4 des dritten und vierten Planetenradsatzes RS3, RS4 mittels Schließen dieser Kupplung C1 mit dem gemeinsamen Hohlrad HO12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 verbindbar sind.
  • Das vierte Schaltelement C2 des Getriebes GE ist als Kupplung ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Hauptradsatz HS zugeordneten) sechsten Element W6 und dem (dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten) dritten Element W3 angeordnet, sodass die ständig miteinander verbundenen Sonnenräder SO3, SO4 des dritten und vierten Planetenradsatzes RS3, RS4 mittels Schließen dieser Kupplung C2 mit dem Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar sind.
  • Das fünfte Schaltelement C3 des Getriebes GE ist als Kupplung ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Hauptradsatz HS zugeordneten) siebten Element W7 und dem (dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten) vierten Element W4 angeordnet, sodass das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mittels Schließen diese Kupplung C3 mit dem gemeinsamen Hohlrad HO12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 verbindbar ist.
  • Wie bereits angedeutet, ist das sechste Schaltelement C4 des Getriebes GE als Kupplung ausgebildet und im Kraftfluss zwischen dem (dem Hauptradsatz HS zugeordneten) achten Element W8 und dem (ebenfalls dem Hauptradsatz HS zugeordneten) neunten Element W9 angeordnet, sodass das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mittels Schließen diese Kupplung C4 mit dem Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und damit auch mit der Abtriebswelle AB des Getriebes GE verbindbar ist.
  • Die Elektromaschine EM ist kinematisch an dem dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten vierten Element W4 angebunden. Entsprechend ist ein Rotor EMR dieser Elektromaschine EM ständig mit dem gemeinsamen Hohlrad HO12 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 verbunden. Ein Stator EMS der Elektromaschine EM ist verdrehfest mit dem Getriebegehäuse GG verbunden. Zur elektrischen Verbindung der Elektromaschine EM mit dem Energiespeicher ES dient die mit EL bezeichnete elektrische Leitung. Auf die besonderen Vorteile, die sich durch diese kinematische Anbindung der Elektromaschine EM an den Vorschaltradsatz VS des Getriebes GE ergeben, wird später noch im Detail eingegangen.
  • Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der sechs Schaltelemente ist in 4A beispielhaft vorgesehen, dass das als Lamellenbremse ausgebildete erste Schaltelement B1 im Wesentlichen auf der dem Antrieb zugewandten Seite des ersten Planetenradsatzes RS1 angeordnet ist, also auf der dem zweiten Planetenradsatz RS2 abgewandten Seite des ersten Planetenradsatzes RS1. Der Außenlamellenträger der Bremse B1 kann in bekannter Weise im Getriebegehäuse GG integriert sein. Infolge der Anordnung der Bremse B1 auf großem Durchmesser kann die Bremse B1 in axialer Richtung gesehen auch zumindest teilweise - insbesondere ihr Lamellenpaket - in einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz VS, insbesondere radial über dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet sein.
  • Weiterhin ist bei dem 4A dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das als Lamellenbremse ausgebildete zweite Schaltelement B2, das als Lamellenkupplung ausgebildete fünfte Schaltelement C3, das als Lamellenkupplung ausgebildete vierte Schaltelement C2 und das als Lamellenkupplung ausgebildete erste Schaltelement C1 zusammen ein Baugruppe bilden, die räumlich gesehen in einem Bereich axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz RS2, RS3 angeordnet ist. Hierbei bilden die Kupplungen C1 und C2 eine axial an den zweiten Planetenradsatz angrenzende Doppelkupplung mit radial übereinander angeordneten Lamellenpaketen und einem gemeinsamen Lamellenträger, wobei das Lamellenpaket der Kupplung C1 das radial äußere und das Lamellenpaket der Kupplung C2 das radial innere Lamellenpaket dieser Doppelkupplung C1/C2 bilden, sodass dieser gemeinsame Lamellenträger als Innenlamellenträger für die Kupplung C1 und als Außenlamellenträger für die Kupplung C2 konstruiert ist. Die Bremse B2 und die Kupplung C3 sind ebenfalls in axialer Richtung gesehen radial übereinander angeordnet, wobei das Lamellenpaket der Kupplung C3 in axialer Richtung gesehen radial unterhalb des Lamellenpaketes der Bremse B2 angeordnet ist. Dabei sind Bremse B2 und Kupplung C3 auf derjenigen Seite der Doppelkupplung C1/C2 angeordnet sind, die dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandt ist. Entsprechend der Kinematik des Getriebes GE ist auch für die Kupplung C3 und die Bremse B2 ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen, der als Innenlamellenträger für die Bremse B2 und als Außenlamellenträger für die Kupplung C3 konstruiert ist. Der Außenlamellenträger der Bremse B2 kann in bekannter Weise im Getriebegehäuse GG integriert sein. Entsprechend der Kinematik des Getriebes GE ist auch für die Kupplungen C1 und C3 ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen, der als Innenlamellenträger für die Kupplung C3 und als Außenlamellenträger für die Kupplung C1 konstruiert ist.
  • Alternativ können die drei Kupplungen C2, C1 und C3 als Kupplungsbaugruppe auch in axialer Richtung gesehen radial übereinander angeordnet sein, wobei dann die Kupplung C3 das radial äußere, die Kupplung C1 das radial mittlere und die Kupplung C2 das radial innere Schaltelement ist, wobei diese Kupplungsbaugruppe C3/C1/C2 dann vorzugsweise axial unmittelbar neben dem zweiten Planetenradsatz RS2 auf dessen dem dritten Planetenradsatz RS3 zugewandten Seite angeordnet ist. Die Bremse B2 kann in diesem Fall rechts oder links dieser Kupplungsbaugruppe C3/C1/C2 angeordnet sein, also in einem Bereich axial zwischen der Kupplungsbaugruppe C3/C1/C2 und dem dritten Planetenradsatz RS3 oder in einem Bereich über dem zweiten Planetenradsatz RS2. Sofern es der Bauraum innerhalb des Getriebegehäuses GG zulässt, kann die Bremse B2 auch in axialer Richtung gesehen über der Kupplungsbaugruppe C3/ C1/C2, also radial über der Kupplung C3 angeordnet sein.
  • Im Prinzip ist die räumliche Anordnung aller Schaltelemente des Getriebes GE innerhalb des Getriebegehäuses GG in weiten Grenzen variabel und wird nur durch die Abmessungen und die äußere Formgebung des Getriebegehäuses GG begrenzt. Entsprechend ist die in 4A dargestellte Bauteilanordnung ausdrücklich als nur eine von zahlreichen möglichen Bauteilanordnungs-Varianten zu verstehen. In gleicher Weise ist auch die in 4A dargestellte Ausbildung der Schaltelemente als Lamellenkupplungen bzw. Lamellenbremsen ausdrücklich als nur beispielhaft zu verstehen. In alternativen Ausgestaltungen können beispielsweise auch formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konuskupplung, reibschlüssig schaltbare Bandbremsen oder auch formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konusbremsen Verwendung finden. Insbesondere durch die hier vorgesehene Anbindung der Elektromaschine EM an den Vorschaltradsatz VS erweist sich der Einsatz von formschlüssigen Schaltelementen als vorteilhafte Alternative zum Einsatz von Reibschaltelementen, worauf später noch genauer eingegangen wird.
  • Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Elektromaschine EM innerhalb des Getriebegehäuses GG ist in 4A beispielhaft vorgesehen, dass Rotor EMR und Stator EMS der Elektromaschine EM in axialer Richtung gesehen in einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz VS - insbesondere radial über dem gemeinsamen Hohlrad HO12 - angeordnet ist. Je nach der eigenen Baulänge kann sich die Elektromaschine EM abweichend zu 4A auch über einen axialen Bereich erstrecken, der über die axiale Baulänge des zweiten Planetenradsatzes RS2 und gegebenenfalls auch über die axiale Baulänge des ganzen Vorschaltradsatzes VS hinaus geht.
  • Mit den insgesamt sechs Schaltelementen B1, B2, C1, C2, C3, C4 ist bei rein verbrennungsmotorischem Antrieb ein selektives Schalten von zehn Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang realisierbar, was nachfolgend anhand von 4B noch näher erläutert wird. So zeigt 4B ein beispielhaftes Schaltschema des in 4A dargestellten Automatgetriebes. In jedem dieser Vorwärtsgänge und im Rückwärtsgang sind drei der sechs Schaltelemente geschlossen, was in den Spalten der 4B, die den einzelnen Schaltelementen B1, B2, C1, C2, C3, C4 zugeordnet sind, mit X gekennzeichnet ist. So sind im ersten Vorwärtsgang 1V die Schaltelemente B2, C1 und C2 drehmomentführend beziehungsweise geschlossen, im zweiten Vorwärtsgang V2 die Schaltelemente B1, B2 und C1, im dritten Vorwärtsgang 3V die Schaltelemente B1, B2 und C2, im vierten Vorwärtsgang 4V die Schaltelemente B1, B2 und C4, im fünften Vorwärtsgang 5V die Schaltelemente B1, C2 und C4, im sechsten Vorwärtsgang 6V die Schaltelemente B1, C1 und C4, im siebten Vorwärtsgang 7V die Schaltelemente C1, C3 und C4, im achten Vorwärtsgang 8V die Schaltelemente B1, C3 und C4, im neunten Vorwärtsgang 9V die Schaltelemente B1, C1 und C3, im zehnten Vorwärtsgang 10V die Schaltelemente B1, C2 und C3, im Rückwärtsgang RV die Schaltelemente B2, C2 und C3.
  • Wie weiterhin aus 4B ersichtlich, ist der vierte Vorwärtsgang auch durch mehrere alternative Schaltelementkombinationen darstellbar, nämlich in einer ersten Alternative 4.1V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente B1, C2 und C4, in einer zweiten Alternative 4.2V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente B2, C3 und C4, sowie in einer dritten Alternative 4.3V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente B2, C1 und C4. Auch der siebte Vorwärtsgang ist durch mehrere alternative Schaltelementkombinationen darstellbar, nämlich in einer ersten Alternative 7.1V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente C2, C3 und C4, in einer zweiten Alternative 7.2V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente C1, C2 und C4, sowie in einer dritten Alternative 7.3V durch kombiniertes Schließen der Schaltelemente C1, C2 und C3.
  • Gemäß dieser Schaltlogik werden bei sequentieller Schaltweise - also bei Hoch- oder Zurückschalten um jeweils einen Gang - so genannte Gruppenschaltungen vermieden, da zwei in der Schaltlogik benachbarte Gangstufen stets zwei Schaltelemente gemeinsam benutzen. Insgesamt können diese zehn Vorwärtsgänge und der Rückwärtsgang mit für die Praxis sinnvollen Übersetzungen geschaltet werden. Dass in jedem Gang drei Schaltelemente geschlossen sind, wirkt sich - infolge der Minimierung der an geöffneten Reibschaltelementen obligatorisch auftretenden Schleppverluste - auf den Wirkungsgrad des Getriebes positiv aus.
  • Zusätzlich zur Schaltlogik sind in 4B noch Werte für die einzelnen Übersetzungen iV, für die sich hieraus ergebenen Gangsprünge phi und für einen rechnerischen Wirkungsgrad angegeben, die sich bei einer beispielhaften praxistauglichen Getriebeauslegung ergeben.
  • Die in 4B vorgeschlagene Schaltlogik ermöglicht in Verbindung mit der in 4A vorgeschlagenen Getriebekinematik bei einzelnen Gangwechseln ein Einbeziehen der Elektromaschine EM in die Schaltablaufsteuerung. So kann die Elektromaschine EM während eines Gangwechsels vom ersten Vorwärtsgang 1V in den zweiten Vorwärtsgang 2V und umgekehrt vom zweiten Vorwärtsgang 2V in den ersten Vorwärtsgang 1V, während eines Gangwechsels vom dritten Vorwärtsgang 3V in den vierten Vorwärtsgang 4V (bzw. 4.xV) und umgekehrt vom vierten Vorwärtsgang 4V (bzw. 4.xV) in den dritten Vorwärtsgang 3V, während eines Gangwechsels vom vierten Vorwärtsgang 4V (bzw. 4.xV) in den fünften Vorwärtsgang 5V und umgekehrt vom fünften Vorwärtsgang 5V in den vierten Vorwärtsgang 4V (bzw. 4.xV), während eines Gangwechsels vom sechsten Vorwärtsgang 6V in den siebten Vorwärtsgang 7V (bzw. 7.xV) und umgekehrt vom siebten Vorwärtsgang 7V (bzw. 7.xV) in den sechsten Vorwärtsgang 6V, sowie während eines Gangwechsels vom siebten Vorwärtsgang 7V (bzw. 7.xV) in den achten Vorwärtsgang 8V und umgekehrt vom achten Vorwärtsgang 8V in den siebten Vorwärtsgang 7V (bzw. 7.xV) derart angesteuert werden, dass eine Drehzahl des Rotors EMR der Elektromaschine EM über einen oder mehrere der Planetenradsätze den Drehzahlen von Antriebswelle AN und Abtriebswelle AB gezielt überlagert wird, um diese Gangwechsel elektromotorisch zu stützen. In diesem Fall wird das bei diesen Gangwechseln an den beteiligten Schaltelementen auftretende Stützmoment teilweise oder sogar vollständig von der Elektromaschine aufgebracht, die Drehzahlsynchonisierung an den beteiligten Schaltelementen also über die Drehzahl des Rotors EMR der Elektromaschine EM geregelt.
  • Diese besondere Funktionalität beim Gangwechsel ermöglicht, die beteiligten Reibschaltelemente deutlich kleiner zu dimensionieren oder auch durch formschlüssige Schaltelemente zu ersetzen. Von den Dimensionierungsvorteilen profitieren können insbesondere das fünfte und das sechste Schaltelement, was später noch näher erläutert wird.
  • 4C zeigt ein beispielhaftes Schaltschema für zwei Anfahrmodi des Automatgetriebes gemäß 4A. In beiden Anfahrmodi ist die Anfahrkupplung AK des Getriebes GE drehmomentführend, sodass das Getriebe GE kombiniert verbrennungsmotorisch und elektromotorisch antreibbar ist. In beiden Anfahrmodi werden die Drehzahl der Antriebswelle AN, die Drehzahl des dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten vierten Elementes W4 und die Drehzahl der Abtriebswelle AB über einen oder mehreren der Planetenradsätze RS1 bis RS4 des Getriebes GE überlagert; dabei stützt die Elektromaschine EM über ihren Stator EMS ein Drehmoment ab. Entsprechend wird die Elektromaschine EM bei nicht rotierender Abtriebswelle AB und beim Beschleunigen der Abtriebswelle AB aus Drehzahl Null heraus generatorisch betrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der mit EDAV bezeichnete erste Anfahrmodus durch gleichzeitiges Schließen des fünften und sechsten Schaltelemente C3, C4 gebildet, sodass das Fahrzeug FZG mit dem Getriebe GE bei aktivierten Anfahrmodus EDAV aus Fahrzeugstillstand heraus mit stufenloser Übersetzung in Vorwärtsfahrtrichtung anfahren kann. Der zweite Anfahrmodus ist mit EDAR bezeichnet, wird durch gleichzeitiges Schließen des zweiten und vierten Schaltelementes B2, C2 gebildet und ermöglicht der Anfahrmodus EDAR ein Anfahren des Fahrzeugs FZG aus Fahrzeugstillstand heraus mit stufenloser Übersetzung in Rückwärtsfahrtrichtung. Zusätzlich zur Schaltlogik sind in 4C noch Werte f_zug angegeben, die besagen, wieviel Prozent der im ersten Vorwärtsgang 1V maximal möglichen Zugkraft in den Anfahrmodi EDAV und EDAR zum stufenlosen Anfahren zur Verfügung stehen.
  • 4D zeigt ein beispielhaftes Schaltschema für zwei Lademodi des Automatgetriebes gemäß 4A, in denen der mit der Elektromaschine EM elektrisch verbundene Energiespeicher ES elektrisch aufladbar ist, indem die Elektromaschine EM von dem Verbrennungsmotor VM bei abgekoppeltem Abtrieb - also ohne dass ein vom Verbrennungsmotor VM bereitgestelltes Drehmoment auf die Abtriebswelle AB des Getriebes GE übertragen wird - angetrieben wird. Wenn aktiviert, ist in beiden Lademodi also die Anfahrkupplung AK drehmomentführend bzw. geschlossen. Der erste Lademodus ergibt sich, wenn das erste Schaltelement B1 und eines der anderen fünf Schaltelemente B2, C1, C2, C3, C4 gleichzeitig geschlossen sind und bewirkt, dass der Rotor EMR der Elektromaschine EM mit einer Drehzahl größer der Drehzahl der Antriebswelle AN angetrieben wird. Entsprechend sind in 4D für den ersten Lademodus fünf mit SL1.1 bis SL1.5 bezeichnete Schaltelementkombinationen angegeben. Der zweite Lademodus ist mit SL2 bezeichnet, ergibt sich durch gleichzeitiges Schließen des dritten und vierten Schaltelementes C1, C2 und bewirkt, dass der Rotor EMR der Elektromaschine EM mit Drehzahl der Antriebswelle AN angetrieben wird. Zusätzlich zur Schaltlogik sind in 4D noch Werte für das jeweilige Übersetzungsverhältnis iE/iV beider Lademodi SL1x, SL2 - also Werte für die jeweilige Überhöhung der Rotordrehzahl gegenüber der Antriebswellendrehzahl in den Lademodi SL1x, SL2 - angegeben, die sich bei einer beispielhaften praxistauglichen Getriebeauslegung ergeben. Da das Laden des Energiespeichers ES vorzugsweise bei Leerlaufdrehzahl des antreibenden Verbrennungsmotors VM erfolgt, ist davon auszugehen, dass der erste Lademodus SL1x aufgrund seiner großen Übersetzung in der Praxis der bevorzugte Lademodus sein wird.
  • 4E zeigt ein beispielhaftes Schaltschema für mehrere Betriebsmodi des Automatgetriebes gemäß 4A, in denen das Automatgetriebe bei geöffneter Anfahrkupplung AK rein elektromotorisch antreibbar ist. Das Aktivieren dieser Betriebsmodi erfolgt dabei durch selektives Schließen von Schaltelementen in Gruppen von drei. Zusätzlich zur Schaltlogik sind in 4E noch Werte für die jeweilige Übersetzung iE in den einzelnen Betriebsmodi angegeben, die sich bei einer beispielhaften praxistauglichen Getriebeauslegung ergeben. Insgesamt ermöglicht die vorgeschlagene kinematische Anbindung der Elektromaschine EM an das dem Vorschaltradsatz VS zugeordnete vierte Element W4 bis zu neun verschiedene Betriebsmodi E1.x, E2 bis E7, E8.x und E9, die alle Vorwärtsgänge unterschiedlicher Übersetzung bilden.
  • Zur Bildung des ersten Betriebsmodus E1.x stehen drei verschiedenen Schaltelementkombinationen zur Verfügung, nämlich ein kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes B1, B2, C1 als Betriebsmodus E1.1, ein kombiniertes Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes B2, C1, C2 als Betriebsmodus E1.2, sowie ein kombiniertes Schließen des zweiten, dritten und sechsten Schaltelementes B2, C1, C4 als Betriebsmodus E1.3. Der zweite Betriebsmodus E2 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes B1, B2, C2. Der dritte Betriebsmodus E3 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des zweiten, vierten und sechsten Schaltelementes B2, C2, C4. Der vierte Betriebsmodus E4 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelementes B1, B2, C4. Der fünfte Betriebsmodus E5 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelementes B1, C2, C4. Der sechste Betriebsmodus E6 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes B1, C1, C4. Der siebte Betriebsmodus E7 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes B1, C3, C4. Zur Bildung des achten Betriebsmodus E8.x in Art eines Direktgangs (mit Übersetzung iE = 1,0) stehen fünf verschiedenen Schaltelementkombinationen zur Verfügung, nämlich ein kombiniertes Schließen des ersten, dritte und fünften Schaltelementes B1, C1, C3 als Betriebsmodus E8.1, ein kombiniertes Schließen des dritten, fünften und sechsten Schaltelementes C1, C3, C4 als Betriebsmodus E8.2, ein kombiniertes Schließen des vierten, fünften und sechsten Schaltelementes C2, C3, C4 als Betriebsmodus E8.3, ein kombiniertes Schließen des dritten, vierten und sechsten Schaltelementes C1, C2, C4 als Betriebsmodus E8.4, sowie ein kombiniertes Schließen des dritten, vierten und fünften Schaltelementes C1, C2, C3 als Betriebsmodus E8.5. Der neunte Betriebsmodus E9 ergibt sich durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes B1, C2, C3.
  • Im Folgenden werden noch mehrere Varianten des in 4A dargestellten ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes diskutiert.
  • Die 5A und 5B zeigen zweite beispielhafte Varianten für die räumliche Anordnung der Elektromaschine EM des in 4A dargestellten Automatgetriebes innerhalb des Getriebegehäuses GG, wiederum in schematischer Darstellung.
  • In 5A ist die Elektromaschine EM mit ihrem Rotor EMR und ihrem Stator EMS in axialer Richtung gesehen in einem Bereich axial zwischen dem als Bremse ausgebildeten ersten Schaltelementes B1 und dem Vorschaltradsatz VS angeordnet. Je nach Baulänge bzw. je nach Leistung der Elektromaschine EM kann abweichend zu 5A auch vorgesehen sein, dass sich die Elektromaschine EM mit ihrem Rotor EMR und ihrem Stator EMS in axialer Richtung bis zu einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz VS erstreckt.
  • In 5B ist die Elektromaschine EM in axialer Richtung gesehen in einem Bereich axial zwischen Vorschaltradsatz VS und Hauptradsatz HS angeordnet, auf derjenigen Seite des als Bremse ausgebildeten zweiten Schaltelementes B2, die dem Vorschaltradsatz VS zugewandt ist. Je nach Baulänge bzw. je nach Leistung der Elektromaschine EM kann auch abweichend zu 5B vorgesehen sein, dass sich die Elektromaschine EM mit ihrem Rotor EMR und ihrem Stator EMS in axialer Richtung bis zu einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz VS erstreckt.
  • Die 6A und 6B zeigen zwei beispielhafte Varianten für die Konstruktion von Schaltelementen des in 5B dargestellten Automatgetriebes, wiederum in schematischer Darstellung.
  • In 6A sind das erste und das zweite Schaltelement B1, B2 beide als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, beispielsweise in Bauart von Schaltklauen. Wie bereits erwähnt, ermöglicht die vorgeschlagene kinematische Anbindung der Elektromaschine EM an den Vorschaltradsatz VS ein elektromotorisches Stützen einzelner Gangwechsel, sodass die Drehzahlsynchonisierung an den beteiligten Schaltelementen über die Drehzahl des Rotors EMR der Elektromaschine EM geregelt werden kann. Die in 6A dargestellte Variante nutzt diese Möglichkeit konsequent aus und substituiert beide zuvor vorgesehenen Lamellenbremsen durch formschlüssige Bremsen B1, B2, wobei die Bremse B1 beim Gangwechsel 1V - 2V und umgekehrt, beim Gangwechsel 6V - 7V (bzw. 6V - 7.1V oder 6V - 7.2V oder 6V - 7.3V) und umgekehrt, sowie beim Gangwechsel 7V - 8V (bzw. 7.1V - 8V oder 7.2V - 8V oder 7.3V - 8V) und umgekehrt beteiligt ist, wohingegen die Bremse B2 beim Gangwechsel 4V - 5V (bzw. 4.1V - 5V oder 4.2V - 5V oder 4.3V - 5V) und umgekehrt beteiligt ist.
  • In 6B sind ergänzend zu dem ersten und zweiten Schaltelement B1, B2 auch das fünfte und sechste Schaltelement C3, C4 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, beispielsweise in Bauart von Schaltklauen. Die in 6B dargestellte Variante nutzt demnach die Möglichkeit, bei einzelnen Gangwechseln die Drehzahlsynchonisierung über die Elektromaschine EM regeln zu können, nun auch für den Gangwechsel 6V - 7V (bzw. 6V - 7.1V oder 6V - 7.2V oder 6V - 7.3V) und umgekehrt, an dem die Kupplung C3 beteiligt ist, sowie für den Gangwechsel 4V - 5V (bzw. 4.1V - 5V oder 4.2V - 5V oder 4.3V - 5V) und umgekehrt, an dem die Kupplung C4 beteiligt ist. Dem Vorteil der signifikanten Verringerung der Schleppmomente an diesen beiden Kupplungen C3, C4 im geöffneten Zustand stehen gewisse funktionelle Nachteile gegenüber: Wenn die Kupplung C3 als Klauenkupplung ausgebildet ist, so ist ein Wechsel von einem der Vorwärtsgänge 1V bis 6V in den Rückwärtsgang RV und umgekehrt nicht mehr lastschaltbar, also nicht mehr ohne Zugkraftunterbrechung schaltbar. Wenn die Kupplung C4 als Klauenkupplung ausgebildet ist, so ist der Gangwechsel vom achten Vorwärtsgang 8V in den neunten Vorwärtsgang 9V und umgekehrt vom neunten Vorwärtsgang 9V in den achten Vorwärtsgang 8V nicht mehr lastschaltbar, also nicht mehr ohne Zugkraftunterbrechung schaltbar. Der Fachmann wird diese funktionellen Nachteile gegen die Wirkungsgradvorteile anwendungsfallspezifisch abwägen.
  • Im Folgenden wird anhand der 7A und 7B ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes diskutiert, wobei 7A das entsprechende Getriebeschema und 7B ein beispielhaftes Schaltschema zeigt, mittels dem zum Betrieb mit verbrennungsmotorischem Antrieb zehn Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang schaltbar sind.
  • Wie auch in 4A, umfasst das Getriebe GE in 7A zur Bildung verschiedener Übersetzungen zwischen der verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle AN und der Abtriebswelle AB vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und zwei Bremsen B1, B2 und vier Kupplungen C1, C2, C2, C4, alle angeordnet in dem Getriebegehäuse GG. Der erste und zweite Planetenradsatz RS1, RS2 bilden in Art eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebes den Vorschaltradsatz VS mit seinen vier Elementen W1, W2, W3, W4. Der dritte und vierte Planetenradsatz RS3, RS4 bilden in Art eines Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Planetengetriebes den Hauptradsatz VS mit seinen fünf Elementen W5, W6, W7, W8, W9. Das erste und fünfte Element W1, W5 sind ständig miteinander verbunden und mit der Antriebswelle AN verbindbar. Das vierte Element W4 ist ständig mit dem Rotor EMR der im Getriebe GE integrierten Elektromaschine EM verbunden. Das neunte Element W9 ist ständig mit der Abtriebswelle AB verbunden. Die Bremse B1 als erstes Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem ersten Element W1 und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Die Bremse B2 als zweites Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem siebten Element W7 und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Die Kupplung C1 als drittes Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem vierten Element W4 und dem sechsten Element W6 angeordnet. Die Kupplung C2 als viertes Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem dritten Element W3 und dem sechsten Element W6 angeordnet. Die Kupplung C3 als fünftes Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem vierten Element W4 und dem siebten Element W7 angeordnet. Die Kupplung C4 als sechstes Schaltelement des Getriebes GE ist im Kraftfluss zwischen dem achten Element W8 und dem neunten Element W9 angeordnet. Somit entspricht das in 7A dargestellte Getriebe GE der Kinematik des in 3 dargestellten Automatgetriebes und ist auch in den in 2 dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs FZG einbaubar.
  • Aus 7A leicht ersichtlich ist, dass sich das hier abgebildete Getriebeschema von dem in 4A abgebildeten Getriebeschema nur durch die konstruktive Ausführung des Vorschaltradsatzes VS unterscheidet, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf diesen Unterschied beschränkt ist.
  • Aus 7A ebenfalls leicht ersichtlich ist, dass der Vorschaltradsatz VS in diesem Ausführungsbeispiel in Bauart des bekannten Simpson-Planetenradsatzes ausgebildet ist, umfassend zwei Sonnenräder SO1 und SO2, zwei Planetenradträger ST1 und ST2 und zwei Hohlräder HO1 und HO2. Beide Planetenradsätze RS1, RS2 des Vorschaltradsatzes VS sind als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Entsprechend sind an dem dem ersten Planetenradsatz RS1 zugeordneten ersten Planetenradträger ST1 Planetenräder PL1 drehbar gelagert, die alle mit dem Sonnenrad SO1 und mit dem Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 kämmen. Analog sind an dem dem zweiten Planetenradsatz RS2 zugeordneten zweiten Planetenradträger ST1 Planetenräder PL2 drehbar gelagert, die alle mit dem Sonnenrad SO2 und mit dem Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 kämmen. In für einen Simpson-Planetenradsatz typischer Weise ist dabei das Sonnenrad SO1 ständig mit dem Sonnenrad SO2 verbunden, ferner ist dabei der Planetenradträger ST1 ständig mit dem Hohlrad HO2 verbunden.
  • Bezogen auf die dem Vorschaltradsatz VS zugeordneten vier Elemente W1, W2, W3 und W4, bildet der Planetenradträger ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 das erste Element W1, die durch die Sonnenräder SO1, SO2 des ersten und zweiten Planetenradsatzes RS1, RS2 gebildete Koppelwelle das zweite Element W2, das Hohlrad SO1 des ersten Planetenradsatzes RS1 das dritte Element W3 und die durch den Planetenradträger ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad HO2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 gebildete Koppelwelle das vierte Element W4.
  • Bezogen auf die dem Hauptradsatz HS zugeordneten fünf Elemente W5, W6, W7, W8 und W9, bildet hier - wie bei dem in 4A bereits detailliert beschriebenen Hauptradsatz HS - der Planetenradträger ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 das fünfte Element W5, die durch die miteinander verbundenen Sonnenräder SO3, SO4 des dritten und vierten Planetenradsatzes RS3, RS4 gebildete Koppelwelle das sechste Element W6, das Hohlrad HO3 des dritten Planetenradsatzes RS3 das siebte Element W7, das Hohlrad HO4 des vierten Planetenradsatzes RS4 das achte Element W8 und der Planetenradträger ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 das neunte Element W9.
  • Ein weiterer Unterschied zwischen den Getrieben GE der 7A und 4A betrifft die räumliche Anordnung der drei Kupplungen C1, C2, C3. In 7A ist beispielhaft vorgesehen, dass die drei Kupplungen C2, C1 und C3 eine Kupplungsbaugruppe bilden, die in axialer Richtung gesehen in einem Bereich axial zwischen Vorschaltradsatz VS und Hauptradsatz HS angeordnet ist, konkret axial zwischen dem zweiten und dritten Planetenradsatz RS2, RS3. Dabei bilden die beiden Kupplungen C1 und C3 eine Art Doppelkupplung mit einem gemeinsamen Außenlamellenträger und axial nebeneinander angeordneten Lamellenpaketen mit vorzugsweise gleichem Durchmesser. Auch die beiden Kupplungen C2 und C1 bilden eine Art Doppelkupplung mit axial nebeneinander angeordneten Lamellenpaketen, aber mit einem gemeinsamen Innenlamellenträger.
  • Das in 7B gezeigte Schaltschema lässt leicht erkennen, dass das in 7A dargestellte Automatgetriebe mit der gleichen Schaltlogik betreibbar ist, die in 4B für das Automatgetriebe der 4A abgebildet ist. Entsprechend kann auch bei dem in 7A dargestellte Automatgetriebe die Elektromaschine EM funktionsmäßig in gleicher Weise in einzelne Gangwechsel eingebunden werden, wie bereits für das Automatgetriebe gemäß 4A beschrieben. Wesentlich für die Möglichkeit, die Drehzahlsynchonisierung an den beteiligten Schaltelementen über die Drehzahl des Rotors EMR der Elektromaschine EM regeln zu können, ist lediglich, dass die Elektromaschine EM Drehzahl und Drehmoment auf das dem Vorschaltradsatzes VS zugeordnete vierte Element W4 des Planetenradsatzsystems aufbringen kann.
  • Die in 7B ebenfalls angegebenen Werte für die einzelnenen iV, für die sich hieraus ergebenen Gangsprünge phi und für einen rechnerischen Wirkungsgrad eta, die sich bei einer beispielhaften praxistauglichen Getriebeauslegung ergeben, unterscheiden sich von den in 4B angegebenen Werte, infolge der unterschiedlichen Ausführung des Vorschaltradsatzes VS.
  • Zudem ist Wesentlich, dass sowohl die in 4C beschriebenen Anfahrmodi EDAV, EDAR zum stufenlos leistungsverzweigten Anfahren als auch die in 4D beschriebenen Lademodi SL1.x, SL2 zum Laden des mit der Elektromaschine elektrisch verbundenen Energiespeichers und auch die in 4E beschriebenen neun Betriebsmodi E1.x, E2 bis E7, E8.x und E9 zum rein elektromotorischem Fahren auch bei dem Automatgetriebe gemäß 7A Anwendung finden können. Veranschaulicht wird dies durch die zur 4C korrespondierende 7C mit einem beispielhaften Schaltschema für die beiden Anfahrmodi EDAR und EDAR, durch die zur 4D korrespondierende 7D mit einem beispielhaften Schaltschema für die beiden Lademodi SL1.x und SL2, sowie durch die zur 4E korrespondierende 7E mit einem beispielhaften Schaltschema für die neun Betriebsmodi E1.x, E2 bis E7, E8.x und E9. Infolge der unterschiedlichen Ausführung des Vorschaltradsatzes VS unterscheiden sich die in den 7C, 7D, 7E angegebenen Werte für f_zug, iE/iV und iE von den in den 4C, 4D, 4E angegebenen entsprechenden Werten geringfügig.
  • Im Folgenden werden noch mehrere Varianten des in 7A dargestellten dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes kurz diskutiert.
  • Die 8A und 8B zeigen zweite beispielhafte Varianten für die räumliche Anordnung der Elektromaschine EM des in 7A dargestellten Automatgetriebes innerhalb des Getriebegehäuses GG, wiederum in schematischer Darstellung. Leicht ersichtlich ist, dass die in 8A gezeigte Anordnung der Elektromaschine EM identisch ist mit der in 5A gezeigten Anordnung der Elektromaschine EM. Leicht ersichtlich ist, dass die in 8B gezeigte Anordnung der Elektromaschine EM identisch ist mit der in 5B gezeigten Anordnung der Elektromaschine EM.
  • Die 9A und 9B zeigen zwei beispielhafte Varianten für die Konstruktion von Schaltelementen des in 8B dargestellten Automatgetriebes, wiederum in schematischer Darstellung. In 9A sind das erste und das zweite Schaltelement B1, B2 beide als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, vergleichbar zu 6A. In 9B sind ergänzend zu dem ersten und zweiten Schaltelement B1, B2 auch das fünfte und sechste Schaltelement C3, C4 als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet, vergleichbar zu 6B.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes diskutiert, bei dem - im Unterschied zu den anhand der 3 bis 9 erläuterten Ausführungsbeispiele und Varianten - im Kraftfluss zwischen Antriebswelle AN und den miteinander verbundenen Elementen W1 und W5 des Planetenradsatzsystems keine Anfahrkupplung AK angeordnet ist.
  • 10 zeigt ein Beispiel eines solchen Automatgetriebes eine zweite funktionale Darstellung eines Getriebes GE, das in einem Fahrzeug FZG gemäß 2 verwendbar ist, abgeleitet aus der in 3 gezeigten ersten funktionalen Darstellung. Leicht ersichtlich ist, dass sich die in 10 abgebildete Getriebestruktur von der in 3 abgebildeten Getriebestruktur nur dadurch unterscheidet, dass das dem Vorschaltradsatz VS zugeordnete erste Element W1 und das dem Hauptradsatz HS zugeordnete fünfte Element W5 zusammen ständig mit der von dem Verbrennungsmotor VM antreibbaren Antriebswelle AN verbunden ist.
  • Ohne Auswirkung auf die Übersetzungsbildung im Planetenradsatzsystem des Getriebes GE zu haben, kann abweichend zu 10 im Kraftfluss zwischen der Antriebswelle AN und dem ersten Element W1 ein Torsionsschwingungsdämpfer TD vorgesehen sein. In diesem Fall wäre von der Nomenklatur her die Antriebswelle AN mit dem ersten Element W1 „ständig wirkverbunden“.
  • Nach wie vor ist der Rotor EMR der im Getriebe GE integrierten Elektromaschine EM mit dem vierten Element W4 des aus Vorschaltradsatz VS und Hauptradsatz HS bestehenden Planetenradsatzsystems ständig verbunden, alternativ ständig wirkverbunden. In diesem Zusammenhang festzustellen ist, dass die nunmehr ständige Verbindung des ersten und fünften Elementes W1, W5 des Planetenradsatzsystems mit dem Verbrennungsmotor VM einen bedeutenden Einfluss auf die Funktionalität des Getriebes GE hat.
  • In 11A ist das Getriebeschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Automatgetriebes mit der Kinematik gemäß 10 dargestellt, welches in den beispielhaften Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs FZG gemäß 2 einbaubar ist. Leicht ersichtlich ist, dass das in 11A abgebildete Planetenradsatzsystem, umfassend den Vorschaltradsatz VS mit seinen Elementen W1 bis W4, den Hauptradsatz HS mit seinen Elementen W5 bis W9, die beiden Bremsen B1 und B2, die vier Kupplungen C1 bis C4 sowie die Elektromaschine EM, identisch ist mit dem in 4A abgebildeten Planetenradsatzsystem. Aus diesem Grund kann zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine nochmalige Beschreibung des Planetenradsatzsystems verzichtet werden. Abweichend von 10 und im Unterschied zu 4A ist in 11A im Kraftfluss zwischen der verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle AN und dem erste Element W1 des Planetenradsatzsystems lediglich der Torsionsdämpfer TD vorgesehen, sodass man hier von einer „ständigen Wirkverbindung“ des ersten Elementes W1 mit der Antriebswelle AN sprechen kann.
  • Infolge der gleichen Kinematik der Planetenradsatzsystems gemäß 4A und 11A lässt sich das in 11A abgebildete Getriebe GE auch mit der Schaltlogik gemäß 4B betreiben, ermöglicht also bei reinem verbrennungsmotorischem Antrieb ein sequenzielles Schalten der zehn Vorwärtsgänge 1V bis 10V (inklusive der Alternativen 4.xV und 7.xV) und des Rückwärtsgangs RV. Auch hat der Entfall der Anfahrkupplung AK keinen Einfluss auf die beiden Anfahrmodi EDAV und EDAR, die ein stufenloses Anfahren aus Abtriebswellendrehzahl Null heraus ermöglichen, sodass sich das in 11A abgebildete Getriebe GE auch mit der Schaltlogik gemäß 4C betreiben lässt. Auch hat der Entfall der Anfahrkupplung AK keinen Einfluss auf die beiden Lademodi SL1.x und SL2, durch die der Rotor ERM der Elektromaschine EM zu Laden des Energiespeichers ES mit zwei unterschiedlichen Drehzahlniveaus vom Verbrennungsmotor VM antreibbar ist, sodass sich das in 11A abgebildete Getriebe GE auch mit der Schaltlogik gemäß 4D betreiben lässt.
  • Infolge der nunmehr ständige Verbindung des ersten und fünften Elementes W1, W5 des Planetenradsatzsystems mit dem Verbrennungsmotor VM ermöglicht das in 11A abgebildete Getriebe GE nur noch zwei Betriebsmodi, in denen das Automatgetriebe bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor rein elektromotorisch antreibbar ist. Das Aktivieren dieser Betriebsmodi erfolgt dabei durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen, was anhand von 11B noch näher erläutert wird. Zusätzlich zur beispielhaften Schaltlogik für Betriebsmodi bei elektromotorischem Antrieb sind in 11B noch Werte für die jeweilige Übersetzung iE in den einzelnen Betriebsmodi angegeben, die sich bei einer beispielhaften praxistauglichen Getriebeauslegung ergeben. So ergibt sich der mit E1 bezeichnete erste Betriebsmodus durch kombiniertes Schließen des zweiten und dritten Schaltelementes B2, C1. Der mit E2 bezeichnete zweite Betriebsmodus ergibt sich durch kombiniertes Schließen des dritten und fünften Schaltelementes C1, C3. Beide Betriebsmodi E1, E2 bilden Vorwärtsgänge unterschiedlicher Übersetzung.
  • Ansonsten sind die für das Getriebe GE gemäß der 4A, 5A, 5B, 6A und 6B getroffenen Überlegungen bezüglich konstruktiver Ausgestaltungen und Varianten sinngemäß auch auf das Getriebe GE gemäß 12A übertragbar.
  • Wie bereits anhand der 4A und 7A dargelegt, ist der Typ des Vorschaltradsatzes VS im Rahmen der Erfindung austauschbar, sofern die Bauart „Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebe“ beibehalten wird. Gleiches gilt auch für das in 11A dargestellte Ausführungsbeispiel. Entsprechend zeigt 12A - analog zu 7A - ein zweites Ausführungsbeispiel des Automatgetriebes gemäß 10, wiederum in schematischer Darstellung. Wie schon bei der Ableitung des in 7A gezeigten Getriebes GE aus dem 4A gezeigten Getriebe GE, ist bei dem in 12A gezeigten Getriebe GE, das aus dem in 11A gezeigten Getriebes GE abgeleitet ist, der zuvor als Ravigneaux-Planetenradsatz ausgebildete Vorschaltradsatz VS durch einen Simpson-Planetenradsatz ersetzt. 12B zeigt ein beispielhaftes Schaltschema für Betriebsmodi des Getriebes GE gemäß 12A bei elektromotorischem Antrieb. Entsprechend sind die für das Getriebe GE gemäß der 7A bis 9B getroffenen Überlegungen sinngemäß auch auf das Getriebe GE gemäß der 12A/12B übertragbar.
  • Bezugszeichenliste
    • FZG
    Kraftfahrzeug
    VM
    Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs
    GE
    Getriebe des Kraftfahrzeugs
    GG
    Getriebegehäuse
    AN
    Antriebswelle des Getriebes
    AB
    Abtriebswelle des Getriebes
    AK
    Anfahrkupplung des Getriebes
    SG
    Steuergerät des Getriebes
    TD
    Torsionsdämpfer
    EM
    Elektromaschine des Getriebes
    EMR
    Rotor der Elektromaschine
    EMS
    Stator der Elektromaschine
    EL
    elektrische Leitung
    ES
    elektrischer Energiespeicher
    VS
    Vorschaltradsatz des Getriebes
    HS
    Hauptradsatz des Getriebes
    B1
    erstes Schaltelement des Getriebes; erste Bremse
    B2
    zweites Schaltelement des Getriebes; zweite Bremse
    C1
    drittes Schaltelement des Getriebes; erste Kupplung
    C2
    viertes Schaltelement des Getriebes; zweite Kupplung
    C3
    fünftes Schaltelement des Getriebes; dritte Kupplung
    C4
    sechstes Schaltelement des Getriebes; vierte Kupplung
    W1
    erstes Element; Element des Vorschaltradsatzes
    W2
    zweites Element; Element des Vorschaltradsatzes
    W3
    drittes Element; Element des Vorschaltradsatzes
    W4
    viertes Element; Element des Vorschaltradsatzes
    W5
    fünftes Element; Element des Hauptradsatzes
    W6
    sechstes Element; Element des Hauptradsatzes
    W7
    siebtes Element; Element des Hauptradsatzes
    W8
    achtes Element; Element des Hauptradsatzes
    W9
    neuntes Element; Element des Hauptradsatzes
    RS1
    erster Planetenradsatz des Getriebes; Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
    RS2
    zweiter Planetenradsatz des Getriebes; Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
    RS3
    dritter Planetenradsatz des Getriebes; Planetenradsatz des Hauptradsatzes
    RS4
    vierter Planetenradsatz des Getriebes; Planetenradsatz des Hauptradsatzes
    SO1
    Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
    SO2
    Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
    SO3
    Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
    SO4
    Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
    ST1
    Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
    ST12
    gemeinsamer Planetenradträger des ersten und zweiten Planetenradsatzes
    ST2
    Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
    ST3
    Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
    ST4
    Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes
    PL1
    Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
    PL2
    Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
    PL2a
    äußere Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
    PL2i
    innere Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
    PL3
    Planetenräder des dritten Planetenradsatzes
    PL4
    Planetenräder des vierten Planetenradsatzes
    HO1
    Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
    HO12
    gemeinsames Hohlrad des ersten und zweiten Planetenradsatzes
    HO2
    Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
    HO3
    Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
    HO4
    Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
    1V bis 10V, 4.1V bis 4.3V, 7.1V bis 7.3V
    Vorwärtsgänge mit verbrennungsmotorischem Antrieb
    RV
    Rückwärtsgang mit verbrennungsmotorischem Antrieb
    E1, E1.1 bis E1.3, E2 bis E7, E8.1 bis E8.5, E9
    Vorwärtsgänge erzeugende Betriebsmodi mit elektromotorischem Antrieb
    ER1, ER2
    Rückwärtsgänge erzeugende Betriebsmodi mit elektromotorischem Antrieb
    EDAV
    Anfahrmodus mit kombiniert elektromotorischem und verbrennungsmotorischem Antrieb zum stufenlosen Anfahren in Vorwärtsfahrtrichtung
    EDAR
    Anfahrmodus mit kombiniert elektromotorischem und verbrennungsmotorischem Antrieb zum stufenlosen Anfahren in Rückwärtsfahrtrichtung
    SL1.1 bis SL1.5, SL2
    Lademodi
    eta
    Wirkungsgrad
    f_zug
    Zugkraft
    iE
    Übersetzung bei elektromotorischem Antrieb
    iV
    Übersetzung bei verbrennungsmotorischem Antrieb
    iE/iV
    Übersetzungsverhältnis
    phi
    Gangsprung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2016/0265629 A1 [0003, 0006, 0010, 0025, 0026, 0027, 0040]
    • DE 102015007439 B3 [0006, 0007, 0008, 0009]
    • DE 102008055626 A1 [0006, 0007, 0009]
    • DE 102015007440 B3 [0008, 0009]

Claims (25)

  1. Automatgetriebe, umfassend ein Steuergerät (SG), ein Getriebegehäuse (GG), eine verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle (AN), eine Abtriebswelle (AB), einen Vorschaltradsatz (VS) und einen Hauptradsatz (VS), sowie umfassend ein erstes Schaltelement (B1), ein zweites Schaltelement (B2), ein drittes Schaltelement (C1), ein viertes Schaltelement (C2), ein fünftes Schaltelement (C3) und ein sechstes Schaltelement (C4) zum Schalten verschiedener Übersetzungen zwischen Antriebswelle (AN) und Abtriebswelle (AB), wobei • der Vorschaltradsatz (VS) kinematisch als Zwei-Steg-Vier-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet ist, umfassend ein erstes Element (W1), ein zweites Element (W2), ein drittes Element (W3) und ein viertes Element (W4), • der Hauptradsatz (HS) kinematisch als Zwei-Steg-Fünf-Wellen-Planetengetriebe ausgebildet ist, umfassend ein fünftes Element (W5), ein sechstes Element (W6), ein siebtes Element (W7), ein achtes Element (W8) und ein neuntes Element (W9), • das erste Element (W1) und das fünfte Element (W5) ständig miteinander verbunden und mit der Antriebswelle (AN) verbindbar oder wirkverbindbar oder ständig verbunden oder wirkverbunden sind, • das zweite Element (W2) durch Schließen des ersten Schaltelementes (B1) am Getriebegehäuse (GG) festsetzbar ist, • das dritte Element (W3) durch Schließen des vierten Schaltelementes (C2) mit dem sechsten Element (W6) verbindbar ist, • das vierte Element (W4) durch Schließen des dritten Schaltelementes (C1) mit dem sechsten Element (W6) verbindbar ist und durch Schließen des fünften Schaltelementes (C3) mit dem siebten Element (W7) verbindbar ist, • das siebte Element (W7) durch Schließen des zweiten Schaltelementes (B2) am Getriebegehäuse (GG) festsetzbar ist, • das achte Element (W8) durch Schließen des vierten Schaltelementes (C4) mit dem neunten Element (W9) verbindbar ist, und • das neunte Element (W9) ständig mit der Abtriebswelle (AB) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Getriebegehäuses (GG) eine Elektromaschine (EM) angeordnet ist, deren Rotor (EMR) mit dem vierten Element (W4) ständig verbunden oder ständig wirkverbunden ist und deren Stator (EMS) verdrehfest mit dem Getriebegehäuse (GG) verbunden ist, wobei das Steuergerät (SG) konfiguriert ist zum Steuern und/oder Regeln einer Drehzahl des Rotors (EMR) der Elektromaschine (EM) und zum selektiven Schließen von Schaltelementen (B1, B2, C1, C2, C3, C4) situativ in Gruppen unterschiedlicher Anzahl an Schaltelementen, beides in Abhängigkeit von einer im Steuergerät (SG) implementierten Betriebsstrategie.
  2. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen dem ersten Element (W1) und der Antriebswelle (AN) eine Anfahrkupplung (AK) abgeordnet ist.
  3. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (W1) über die Antriebswelle (AN) mit einem zum verbrennungsmotorischem Antrieb der Automatgetriebes vorgesehenen Verbrennungsmotor (VM) direkt verbunden oder über einen Torsionsdämpfer (TD) wirkverbunden ist, ohne dass im Kraftfluss zwischen dem ersten Element (W1) und dem Verbrennungsmotor (VM) ein separates Anfahrelement angeordnet ist, sodass dann, wenn im Automatgetriebe ein Gang eingelegt ist, zum Trennen des Kraftflusses zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) und der Abtriebswelle (AB) des Automatgetriebes zumindest eines der im eingelegten Gang drehmomentführenden Schaltelemente des Automatgetriebes geöffnet werden muss.
  4. Automatgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (SG) konfiguriert ist zum selektiven Schließen von Schaltelementen (B1, B2, C1, C2, C3, C4) situativ in Gruppen von zwei oder drei Schaltelementen, in Abhängigkeit von der im Steuergerät (SG) implementierten Betriebsstrategie.
  5. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstrategie eine Ansteuerstrategie für die Elektromaschine (EM), eine Schaltstrategie zur Bildung von verschiedenen Konstant-Übersetzungen (iV) im Automatgetriebe bei rein verbrennungsmotorischem Antrieb des Automatgetriebes, eine Schaltstrategie zur Bildung von verschiedenen Konstant-Übersetzungen (iE) im Automatgetriebe bei rein elektromotorischem Antrieb des Automatgetriebe und eine Schaltstrategie zur Bildung von stufenlosen Übersetzungen im Automatgetriebe bei kombiniert verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb des Automatgetriebes umfasst.
  6. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstrategie eine Schaltstrategie zur Bildung von zumindest einer Konstant-Übersetzung im Automatgetriebe umfasst, bei der ein elektrisch mit der Elektromaschine (EM) verbundener Energiespeicher (ES) verbrennungsmotorisch aufgeladen wird.
  7. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (B1) und/oder das zweite Schaltelement (B2) und/oder das fünfte Schaltelement (C3) und oder das sechste Schaltelement (C4) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  8. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) in axialer Richtung gesehen in einem Bereich radial über dem Vorschaltradsatz (VS) angeordnet ist.
  9. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) in axialer Richtung gesehen zumindest überwiegend auf der Seite des Vorschaltradsatzes (VS) angeordnet ist, die dem Hauptradsatz (HS) abgewandt ist.
  10. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) in axialer Richtung gesehen in einem Bereich axial zwischen Vorschaltradsatz (VS) und Hauptradsatz (HS) angeordnet ist.
  11. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass • das erste Element (W1) eine erste Koppelwelle des Vorschaltradsatzes (VS) bildet, die als ein gemeinsamer Planetenradträger (ST12) eines ersten und eines zweiten Planetenradsatzes (RS1, RS2) des Automatgetriebes ausgebildet ist, • das vierte Element (W4) eine zweite Koppelwelle des Vorschaltradsatzes (VS) bildet, die als ein gemeinsames Hohlrad (HO12) des ersten und zweiten Planetenradsatzes (RS1, RS2) ausgebildet ist, • das zweite Element (W2) als ein Sonnenrad (SO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) ausgebildet ist, und • das dritte Element (W3) als ein Sonnenrad (SO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) ausgebildet ist.
  12. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass • das zweite Element (W2) eine erste Koppelwelle des Vorschaltradsatzes (VS) bildet, die ein Sonnenrad (SO1) eines ersten Planetenradsatzes (RS1) des Automatgetriebes und ein Sonnenrad (SO2) eines zweiten Planetenradsatzes des Automatgetriebes (RS2) ständig miteinander verbindet, • das vierte Element (W4) eine zweite Koppelwelle des Vorschaltradsatzes (VS) bildet, die einen Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes (RS1) und ein Hohlrad (HO2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) ständig miteinander verbindet, • das erste Element (W1) als Planetenradträger (ST2) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) ausgebildet ist, und • das dritte Element (W3) als Hohlrad (HO1) des ersten Planetenradsatzes (RS1) ausgebildet ist.
  13. Automatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass • das sechste Element (W6) eine Koppelwelle des Hauptradsatz (HS) bildet, die ein Sonnenrad (SO3) eines dritten Planetenradsatzes (RS3) des Automatgetriebes und ein Sonnenrad (SO4) eines vierten Planetenradsatzes (RS4) des Automatgetriebes ständig miteinander verbindet, • das fünfte Element (W5) als ein Planetenradträger (ST4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) ausgebildet ist. • das siebte Element (W7) als ein Hohlrad (HO3) des dritten Planetenradsatzes (RS4) ausgebildet ist, • das achte Element (W8) als ein Hohlrad (HO4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) ausgebildet ist, und • das neunte Element (W9) als ein Planetenradträger (ST3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) ausgebildet ist.
  14. Automatgetriebe nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) und die Elektromaschine koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) in axialer Richtung hintereinander in einer Reihenfolge „erster, zweiter, dritter, vierter Planetenradsatz“ („RS1, RS2, RS3, RS4“) angeordnet sind.
  15. Verfahren zur Steuerung des Automatgetriebe gemäß einem der Ansprüche 2 bis 14, mittels eines in dem Steuergerät (SG) implementierten Algorithmus, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Schließen von Schaltelementen (B2, C1, C2, C3, C4) in Gruppen von drei Schaltelementen bis zu neun verschiedene Betriebsmodi (E1.1, E1.2, E1.3; E2; E3; E4; E5; E6; E7; E8.1 bis E8.5; E9) aktivierbar sind, in denen bei geöffneter Anfahrkupplung (AK) eine Leistung der Elektromaschine (EM) auf die Abtriebswelle (AB) übertragbar ist, • den ersten Betriebsmodus (E1.1, E1.2, E1.3) durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und dritten Schaltelementes (B1, B2, C1), alternativ des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes (B2, C1, C2) oder alternativ des zweiten, dritten und sechsten Schaltelementes (B2, C1, C4), • den zweiten Betriebsmodus (E2) durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes (B1, B2, C2), • den dritten Betriebsmodus (E3) durch kombiniertes Schließen des zweiten, vierten und sechsten Schaltelementes (B2, C2, C4), • den vierten Betriebsmodus (E4) durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelementes (B1, B2, C4), • den fünften Betriebsmodus (E5) durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelementes (B1, C2, C4), • den sechsten Betriebsmodus (E6) durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes (B1, C1, C4), • den siebten Betriebsmodus (E7) durch kombiniertes Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes (B1, C3, C4), • den achten Betriebsmodus (E8.1, E8.2, E8.3, E8.4, E8.5) durch kombiniertes Schließen des ersten, dritte und fünften Schaltelementes (B1, C1, C3), alternativ des dritten, fünften und sechsten Schaltelementes (C1, C3, C4) alternativ des vierten, fünften und sechsten Schaltelementes (C2, C3, C4), alternativ des dritten, vierten und sechsten Schaltelementes (C1, C2, C4) oder alternativ des dritten, vierten und fünften Schaltelementes (C1, C2, C3), sowie • den neunten Betriebsmodus (E9) durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes (B1, C2, C3), wobei alle neun Betriebsmodi (E1.1 bis E1.3, E2 bis E7, E8.1 bis E8.5, E9) Vorwärtsgänge unterschiedlicher Konstant-Übersetzung bilden.
  16. Verfahren zur Steuerung des Automatgetriebe gemäß einem der Ansprüche 3 bis 14, mittels eines in dem Steuergerät (SG) implementierten Algorithmus, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Schließen von Schaltelementen (B2, C1; C1, C3) zumindest zwei verschiedene Betriebsmodi (E1, E2) aktivierbar sind, in denen eine Leistung der Elektromaschine (EM) auf die Abtriebswelle (AB) übertragbar ist, • den ersten Betriebsmodus (E1) durch kombiniertes Schließen des zweiten und dritten Schaltelementes (B2, C1), • den zweiten Betriebsmodus (E2) durch kombiniertes Schließen des dritten und fünften Schaltelementes (C1, C3), wobei beide Betriebsmodi (E1, E2) Vorwärtsgänge unterschiedlicher Konstant-Übersetzung bilden.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch kombiniertes Schließen des fünften und sechsten Schaltelementes (C3, C4) ein erster Anfahrmodus (EDAV) aktivierbar ist, in dem - zum Beschleunigen der Abtriebswelle (AB) in eine Drehrichtung entsprechend einer stufenlosen Vorwärtsgangübersetzung aus einer Drehzahl Null heraus - das Automatgetriebe kombiniert verbrennungsmotorisch und elektromotorisch antreibbar ist, wobei die Elektromaschine (EM) bei nicht rotierender Abtriebswelle (AB) und beim Beschleunigen der Abtriebswelle (AB) aus Drehzahl Null heraus generatorisch betrieben wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch kombiniertes Schließen des zweiten und vierten Schaltelementes (B2, C2) ein zweiter Anfahrmodus (EDAR) Übersetzung aktivierbar ist, in dem - zum Beschleunigen der Abtriebswelle (AB) in eine Drehrichtung entsprechend einer stufenlosen Rückwärtsgangübersetzung aus einer Drehzahl Null heraus - das Automatgetriebe kombiniert verbrennungsmotorisch und elektromotorisch antreibbar ist, wobei die Elektromaschine (EM) bei nicht rotierender Abtriebswelle (AB) und beim Beschleunigen der Abtriebswelle (AB) aus Drehzahl Null heraus generatorisch betrieben wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch kombiniertes Schließen des ersten und zweiten Schaltelementes (B1, B2), alternativ des ersten und dritten Schaltelementes (B1, C1), alternativ des ersten und vierten Schaltelementes (B1, C2), alternativ des ersten und fünften Schaltelementes (B1, C3) oder alternativ des ersten und sechsten Schaltelementes (B1, C4) ein erster Lademodus (SL1.1, SL1.2, SL1.3, SL1.4, SL1.5) aktivierbar ist, in dem - zum Aufladen eines mit der Elektromaschine (EM) elektrisch verbundenen Energiespeichers (ES) - die Elektromaschine (EM) mit einer Drehzahl größer der Drehzahl der Antriebswelle (AN) verbrennungsmotorisch angetrieben wird, ohne dass dabei eine Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle (AB) erfolgt.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch kombiniertes Schließen des dritten und vierten Schaltelementes (C1, C2) ein zweiter Lademodus (SL2) aktivierbar ist, in dem die Elektromaschine (EM) mit Drehzahl der Antriebswelle (AN) angetrieben wird, ohne dass dabei eine Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle (AB) erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Schließen von Schaltelementen (B1, B2, C1, C2, C3, C4) in Gruppen von drei Schaltelementen (B2, C1, C2; B1, B2, C1; B1, B2, C2; B1, B2, C4; B1, C2, C4; B1, C1, C4; C1, C3, C4; B1, C3, C4; B1, C1, C3; B1, C2, C3; B2, C2, C3) zehn verschiedene Vorwärtsgänge (1V, 2V, 3V, 4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V, 5V, 6V, 7V, 7.1V, 7.2V, 7.3V, 8V, 9V, 10V) und ein Rückwärtsgang (RV) aktivierbar sind, in denen eine verbrennungsmotorische Leistung auf die Abtriebswelle (AB) übertragbar ist, • den ersten Vorwärtsgang (1V) durch kombiniertes Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelementes (B2, C1, C2), • den zweiten Vorwärtsgang (2V) durch kombiniertes Schließen des erste, zweite und dritten Schaltelementes (B1, B2, C1), • den dritten Vorwärtsgang (3V) durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und vierten Schaltelementes (B1, B2, C2), • den vierten Vorwärtsgang (4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V) durch kombiniertes Schließen des ersten, zweiten und sechsten Schaltelementes (B1, B2, C4), alternativ des zweiten, vierten und sechsten Schaltelementes (B2, C2, C4), alternativ des zweiten, fünften und sechsten Schaltelementes (B2, C3, C4) oder alternativ des zweiten, dritten und sechsten Schaltelementes (B2, C1, C4), • den fünften Vorwärtsgang (5V) durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelementes (B1, C2, C4), • den sechsten Vorwärtsgang (6V) durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und sechsten Schaltelementes (B1, C1, C4), • den siebten Vorwärtsgang (7V, 7.1V, 7.2V, 7.3V) durch kombiniertes Schließen des dritten, fünften und sechsten Schaltelementes (C1, C3, C4), alternativ des vierten, fünften und sechsten Schaltelementes (C2, C3, C4), alternativ des dritten, vierten und sechsten Schaltelementes (C1, C2, C4) oder alternativ des dritten, vierten und fünften Schaltelementes (C1, C2, C3), • den achten Vorwärtsgang (8V) durch kombiniertes Schließen des ersten, fünften und sechsten Schaltelementes (B1, C3, C4), • den neunten Vorwärtsgang (9V) durch kombiniertes Schließen des ersten, dritten und fünften Schaltelementes (B1, C1, C3), • den zehnten Vorwärtsgang (10V) durch kombiniertes Schließen des ersten, vierten und fünften Schaltelementes (B1, C2, C3), sowie • den Rückwärtsgang (RV) durch kombiniertes Schließen des zweiten, vierten und fünften Schaltelementes (B2, C2, C3).
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) während eines Gangwechsels vom dritten in den vierten Vorwärtsgang (3V; 4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V) und während eines Gangwechsels vom vierten in den dritten Vorwärtsgang (4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V; 3V) derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes (W2) über einen oder mehrere der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes (W1, W9) überlagert wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) während eines Gangwechsels vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang (6V; 7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V) und während eines Gangwechsels vomsiebten in den sechsten Vorwärtsgang (7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V; 6V) derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes (W2) über einen oder mehrere der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes (W1, W9) überlagert wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 21, 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) während eines Gangwechsels vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang (1V; 2V), während eines Gangwechsels vom zweiten in den ersten Vorwärtsgang (2V; 1V), während eines Gangwechsels vom sechsten in den siebten Vorwärtsgang (6V; 7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V), während eines Gangwechsels vom siebten in den sechsten Vorwärtsgang (7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V; 6V), während eines Gangwechsels vom siebten in den achten Vorwärtsgang (7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V; 8V) und während eines Gangwechsels vom achten in den siebten Vorwärtsgang (8V; 7V, 7.1V, 7.2V. 7.3V) derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes (W4) über einen oder mehrere der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes (W1, W9) überlagert wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) während eines Gangwechsels vom vierten in den fünften Vorwärtsgang (4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V; 5V) und während eines Gangwechsels vom fünften in den vierten Vorwärtsgang (5V; 4V, 4.1V, 4.2V, 4.3V) derart ansteuerbar ist, dass eine Drehzahl des vierten Elementes (W4) über einen oder mehrere der Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) den Drehzahlen des ersten und neunten Elementes (W1, W9) überlagert wird.
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