Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, bei der eine Antriebswelle für eine Verbindung der Getriebeeinheit mit einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs sowie eine Abtriebswelle zum Antreiben des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Ferner besitzt die Getriebeeinheit ein Wechselgetriebe mit mehreren schaltbaren Gangstufen, eine Zusatzantriebsmaschine (z.B. elektrische Maschine) und ein Planetengetriebe, das mehrere Teile wie beispielsweise ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad aufweist. Die Zusatzantriebsmaschine ist mit einem ersten Teil des Planetengetriebes gekoppelt und die Abtriebswelle der Getriebeeinheit ist mit einem zweiten Teil des Planetengetriebes gekoppelt, so dass über das Planetengetriebe ein Antriebsmoment der Zusatzantriebsmaschine auf die Abtriebswelle übertragen werden kann.

Derartige Getriebeeinheiten sind für einen Hybridantrieb von Kraftfahrzeugen in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ihnen ist gemeinsam, dass die Zusatzantriebsmaschine die Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs hinsichtlich des aufzubringenden Antriebsmoments zu unterstützen oder zeitweise sogar vollständig zu ersetzen vermag. Je höher das von der Zusatzantriebsmaschine hierfür aufzubringende Antriebsmoment ist, umso größer müssen die Zusatzantriebsmaschine und der zugeordnete Energiespeicher dimensioniert sein. Hierdurch kann die Anordnung eine nachteilige Baugröße erreichen und unerwünscht teuer sein.

Ein weiteres Problem bekannter Getriebeeinheiten mit mehreren schaltbaren Gangstufen besteht darin, dass während eines Wechsels der geschalteten Gangstufe eine unerwünschte Zugkraftunterbrechung spürbar ist. Sofern die Zusatzantriebsmaschine dazu genutzt wird, das während eines Gangwechsels fehlende Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine zu ersetzen, so muss bei bekannten Anordnungen die Zusatzantriebsmaschine wiederum unerwünscht groß dimensioniert sein.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Getriebeeinheit mit mehreren schaltbaren Gangstufen zu schaffen, die einen Wechsel einer Gangstufe ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht, wobei die Zusatzantriebsmaschine der Getriebeeinheit kostengünstig herzustellen, eine geringe Baugröße aufweisen und einen geringen Energiebedarf besitzen soll. Ferner soll ein entsprechendes Steuerungsverfahren für eine Getriebeeinheit eines Kraftfahrzeugs geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass das Wechselgetriebe wenigstens eine erste schaltbare Gangstufe aufweist, über die die Antriebswelle der Getriebeeinheit unter Umgehung des Planetengetriebes direkt mit der Abtriebswelle betriebsmäßig koppelbar ist, und dass das Wechselgetriebe wenigstens eine zweite schaltbare Gangstufe aufweist, über die die Antriebswelle über einen dritten Teil des Planetengetriebes indirekt mit der Abtriebswelle betriebsmäßig koppelbar ist.

Das Wechselgetriebe der Getriebeeinheit besitzt also unterschiedliche Gangstufen, über die die Antriebswelle der Getriebeeinheit wahlweise direkt – also unter Umgebung des Planetengetriebes – oder indirekt – also über das Planetengetriebe – mit der Abtriebswelle der Getriebeeinheit betriebsmäßig gekoppelt werden kann. Jeder Gangstufe ist ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis zugeordnet, insbesondere eine Übersetzung ins Langsame. Unter einer betriebsmäßigen Kopplung ist in diesem Zusammenhang eine drehwirksame Antriebsverbindung zur Übertragung eines Antriebsmoments von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle zu verstehen.

Durch eine derartige Ausgestaltung der Getriebeeinheit mit wahlweise unterschiedlichem Leistungsfluss außerhalb oder entlang des Planetengetriebes kann die Antriebswelle der Getriebeeinheit während eines Wechsels der geschalteten Gangstufe über mehrere Gangstufen gleichzeitig mit der Abtriebswelle gekoppelt sein, wobei mittels der Verbrennungskraftmaschine und zugleich mittels der Zusatzantriebsmaschine (über das Planetengetriebe) ein Drehmoment auf die Abtriebswelle der Getriebeeinheit übertragen werden kann. Das Planetengetriebe dient somit als Summiergetriebe, das auch bei einem Gangwechsel ein Aufsummieren eines Antriebsmoments der Verbrennungskraftmaschine und eines Antriebsmoments der Zusatzantriebsmaschine gestattet.

Hierdurch kann bei einem Gangwechsel eine Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise kompensiert werden, wobei die Zusatzantriebsmaschine während des Gangwechsels jedoch nicht das gesamte benötigte Antriebsmoment aufbringen muss, sondern lediglich ein ergänzendes Moment dem auch während des Gangwechsels übertragenen Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine überlagert. Somit kann bei einer solchen Getriebeeinheit die verwendete Zusatzantriebsmaschine für ein entsprechend geringes Antriebsmoment ausgelegt sein. Die erforderliche Baugröße und der Herstellungsaufwand für die Zusatzantriebsmaschine und den zugeordneten Energiespeicher verringern sich entsprechend.

Die genannte erste Gangstufe und die genannte zweite Gangstufe entsprechen nicht unbedingt der niedrigsten und zweitniedrigsten Gangstufe des Wechselgetriebes, sondern diese Bezeichnungen werden hier zur Unterscheidung zwischen einer Gangstufe für eine direkte Kopplung und einer Gangstufe für eine indirekte Kopplung mit der Abtriebswelle verwendet.

Anstelle des genannten Planetengetriebes kann die Erfindung auch mit einem sonstigen Summiergetriebe verwirklicht werden.

Die Getriebeeinheit kann als ein Automatikgetriebe oder als ein manuell betätigtes Schaltgetriebe ausgebildet sein.

Bei der Zusatzantriebsmaschine kann es sich um eine elektrische Maschine (z.B. E-Motor) oder um eine hydraulische Maschine (z.B. Hydromotor, Hydropumpe) handeln.

Es ist bevorzugt, wenn die Abtriebswelle der Getriebeeinheit mit einem Planetenträger des Planetengetriebes antriebswirksam gekoppelt ist, wobei entweder die Zusatzantriebsmaschine mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt ist und die Antriebswelle (über die genannte zweite Gangstufe) mit einem Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist, oder wobei die Zusatzantriebsmaschine mit einem Hohlrad des Planetengetriebes gekoppelt ist und die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes koppelbar ist. In dieser Konfigurierung wirkt das Planetengetriebe nämlich als ein Summiergetriebe, das auch bei einem Gangwechsel ein Überlagern eines zusätzlichen (positiven) Antriebsmoments der Zusatzantriebsmaschine auf das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine gestattet. Somit kann auch hierdurch die Zusatzantriebsmaschine während eines Gangwechsels ein unterstützendes Antriebsmoment auf die Abtriebswelle übertragen, um eine Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise zu kompensieren, während gleichzeitig ein Antriebsmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf die Abtriebswelle übertragen wird.

Die genannte erste schaltbare Gangstufe für die erläuterte direkte Kopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle ist vorzugsweise durch ein Zahnradpaar gebildet. Die genannte zweite schaltbare Gangstufe für die indirekte Kopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle weist vorzugsweise ebenfalls ein Zahnradpaar auf, das zum einen direkt mit der Antriebswelle der Getriebeeinheit und zum anderen mit dem genannten dritten Teil des Planetengetriebes koppelbar ist.

Es ist nicht zwingend erforderlich, dass für jeden Gangwechsel der Getriebeeinheit eine (erste) Gangstufe mit der erläuterten direkten Kopplung und eine (zweite) Gangstufe mit der erläuterten indirekten Kopplung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle beteiligt sind. Vielmehr können insbesondere durch Ausnutzung des Planetengetriebes zusätzliche Gangstufen gebildet sein, so dass letztlich weniger Zahnradstufen benötigt werden, um eine erwünschte Anzahl von unterschiedlichen Gangstufen darzustellen.

Beispielsweise kann wenigstens einer schaltbaren Gangstufe des Wechselgetriebes eine Kupplung zugeordnet sein, mittels derer ein Teil des Planetengetriebes (z.B. Hohlrad oder Sonnenrad) gehäusefest blockiert werden kann.

Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens einer schaltbaren Gangstufe des Wechselgetriebes eine Kupplung zugeordnet sein, mittels derer ein Teil des Planetengetriebes mit einem anderen Teil des Planetengetriebes drehfest gekoppelt werden kann, beispielsweise indem das Hohlrad und das Sonnenrad des Planetengetriebes verblockt werden. Hierdurch vermag die Zusatzantriebsmaschine auch, die Abtriebswelle der Getriebeeinheit unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Zusatzantriebsmaschine koaxial zu einer Vorgelegewelle des Wechselgetriebes angeordnet ist und/oder eine Antriebswelle der Zusatzantriebsmaschine als Vorgelegewelle dient. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau mit einer geringen Baugröße der Getriebeeinheit und einer geringen Anzahl von benötigten Zahnrädern.

Ferner ist es von Vorteil, wenn einer Antriebswelle der Zusatzantriebsmaschine eine Bremse zugeordnet ist, mittels derer diese Welle wahlweise blockierbar ist. Hierdurch kann letztlich eine zusätzliche Gangstufe gebildet werden. Ferner kann eine derartige Bremse als Anfahrkupplung dienen, oder eine derartige Bremse dient gemeinsam mit der Zusatzantriebsmaschine als Anfahreinrichtung. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die Zusatzantriebsmaschine alleine als Anfahreinrichtung verwendet wird.

Schließlich kann die Getriebeeinheit eine Steuereinrichtung aufweisen, mittels derer das Wechselgetriebe und die Zusatzantriebsmaschine dergestalt ansteuerbar sind, dass während eines Gangwechsels die Antriebswelle über mehrere Gangstufen des Wechselgetriebes gleichzeitig mit der Abtriebswelle gekoppelt ist und hierbei zusätzlich ein Drehmoment der Zusatzantriebsmaschine über das Planetengetriebe auf die Abtriebswelle übertragen wird.

Die eingangs erläuterte Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst, und insbesondere dadurch, dass die Abtriebswelle der Getriebeeinheit mit einem Planetenträger des Planetengetriebes betriebsmäßig gekoppelt ist, wobei die Zusatzantriebsmaschine mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt und die Antriebswelle mit einem Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist – oder umgekehrt –.

Wie bereits erläutert, ist es hierdurch möglich, das Planetengetriebe als ein Summiergetriebe zu verwenden, das auch bei einem Gangwechsel ein Überlagern eines zusätzlichen (positiven) Antriebsmoments der Zusatzantriebsmaschine auf das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine gestattet. Somit kann hierdurch die Zusatzantriebsmaschine während eines Gangwechsels ein unterstützendes Antriebsmoment auf die Abtriebswelle übertragen, um eine Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise zu kompensieren, während gleichzeitig ein Antriebsmoment von der Verbrennungskraftmaschine auf die Abtriebswelle übertragen wird.

Die vorstehend und in den Unteransprüchen genannten Vorteile und Weiterbildungen des ersten Aspekts der Erfindung (Gangstufe für direkte Kopplung und Gangstufe für indirekte Kopplung mit der Abtriebswelle) gelten auch für diesen zweiten Erfindungsaspekt, so dass auf eine ausdrückliche Wiederholung verzichtet wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebeeinheit der erläuterten Art, bei dem für wenigstens einen Gangwechsel eine bislang geschaltete Gangstufe des Wechselgetriebes erst dann gelöst wird, wenn eine als nächstes zu schaltende Gangstufe bereits ebenfalls eingelegt worden ist, wobei die jeweilige eine Gangstufe eine direkte Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle der Getriebeeinheit herstellt und die jeweilige andere Gangstufe über das Planetengetriebe eine indirekte Verbindung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle herstellt – oder umgekehrt –.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung einer Getriebeeinheit der bereits erläuterten Art, bei dem für wenigstens einen Gangwechsel eine bislang geschaltete Gangstufe des Wechselgetriebes erst dann gelöst wird, wenn eine als nächstes zu schaltende Gangstufe bereits ebenfalls eingelegt worden ist, wobei während des Gangwechsels zumindest ein Teil des Antriebsmoments der Verbrennungskraftmaschine über das Wechselgetriebe auf das Planetengetriebe übertragen wird und zusätzlich ein Drehmoment der Zusatzantriebsmaschine auf das Planetengetriebe übertragen wird, und wobei während des Gangwechsels über das Planetengetriebe ein aufsummiertes Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine und der Zusatzantriebsmaschine auf die Abtriebswelle der Getriebeeinheit übertragen wird.

Durch derartige Steuerungsverfahren kann auch während der gesamten Dauer eines Gangwechsels zumindest ein Teil des Antriebsmoments der Verbrennungskraftmaschine über das Wechselgetriebe auf das Planetengetriebe übertragen werden und zusätzlich ein Drehmoment der Zusatzantriebsmaschine auf das Planetengetriebe übertragen bzw. dem Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine überlagert werden, wobei mittels des Planetengetriebes das aufsummierte Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine und der Zusatzantriebsmaschine auf die Abtriebswelle der Getriebeeinheit übertragen wird. Somit kann während eines Gangwechsels eine Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise kompensiert werden, wobei die Zusatzantriebsmaschine nicht das gesamte an der Abtriebswelle benötigte Antriebsmoment aufzubringen braucht.

Auch für derartige Steuerungsverfahren gilt, dass nicht zwingend für jeden Gangwechsel zwischen der genannten direkten Verbindung und der genannten indirekten Verbindung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle alterniert werden muss.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

1a zeigt eine Ausführungsform einer Getriebeeinheit für eine Quermotor-Anordnung.

1b bis 1i zeigen die Getriebeeinheit gemäß 1a beim Anfahren und bei verschiedenen eingelegten Gangstufen.

1j zeigt die Ausführungsform gemäß 1a mit zugeordneter Steuereinrichtung.

2 zeigt eine Ausführungsform einer Getriebeeinheit für eine Längsmotor-Anordnung.

1a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug. Diese besitzt eine Antriebswelle 11, die mit einer Verbrennungskraftmaschine – hier durch eine Kurbelwelle 13 symbolisiert – drehwirksam verbunden ist. Die gezeigte Getriebeeinheit besitzt ferner eine Abtriebswelle 15, die über ein hiermit drehfest verbundenes Zahnrad 17 mit einem Achsdifferential 19 gekoppelt ist, um hierdurch das Kraftfahrzeug anzutreiben.

Die Getriebeeinheit besitzt ferner ein Wechselgetriebe 21, das nachfolgend noch näher erläutert wird, sowie eine elektrische Maschine 23 und ein Planetengetriebe 25. Die elektrische Maschine 23 weist einen gehäusefest angeordneten Stator 27 und einen zu einer Drehbewegung antreibbaren Rotor 29 auf. Der Rotor 29 ist mit einer Motorwelle 31 starr verbunden, die wiederum mit einer Bremse 33 zusammenwirkt.

Die Motorwelle 31 ist ferner mit einem Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 starr gekoppelt. Ein Planetenträger 37 des Planetengetriebes 25 ist mit der bereits genannten Abtriebswelle 15 der Getriebeeinheit starr gekoppelt. Ein Hohlrad 39 des Planetengetriebes 25 ist mit einer Hohlwelle 41 verbunden, die die Motorwelle 31 umgibt.

Das genannte Wechselgetriebe 21 besitzt mehrere schaltbare Gangstufen 1/2, 3, 4/6, 5, R sowie mehrere Kupplungen K1, K2, K3. Die Schaltstufen 3 und 5 weisen ein jeweiliges Losrad 43 und 45 auf, das auf der Antriebswelle 11 sitzt und mit einem Zahnrad 47 der Abtriebswelle 15 bzw. mit dem bereits genannten Zahnrad 17 kämmt. Die Gangstufen 1/2 und 4/6 weisen ein jeweiliges Losrad 49 und 51 auf, das auf der Antriebswelle 11 sitzt und mit einem Zahnrad 53, welches mit dem Hohlrad 39 starr verbunden ist, bzw. mit einem Zahnrad 55, welches mit der Hohlwelle 41 starr verbunden ist, kämmt. Die Gangstufe R besitzt ein Zahnrad 57, das mit der Antriebswelle 11 starr verbunden ist und über ein zusätzliches Zahnrad 59 zur Drehrichtungsumkehr mit einem Losrad 61 drehwirksam verbunden ist, welches auf der Hohlwelle 41 sitzt.

Die Kupplungen K1, K2 und K3 sind als formschlüssige Kupplungen (z.B. Klauenkupplungen) ausgebildet. Die Kupplungen K1 und K2 sitzen drehfest, jedoch verschiebbar auf der Antriebswelle 11. Die Kupplung K3 sitzt drehfest, jedoch verschiebbar auf der Hohlwelle 41. Ausgehend von einer in 1a gezeigten Neutralstellung ist die Kupplung K3 zwischen einer Stellung A und einer Stellung B verschiebbar.

Für die Gangstufen 1/2, 4/6 und R ist in 1a in Klammern angedeutet, für welche Stellung der Kupplung K3 (A oder B) die jeweilige Gangstufe aktiviert ist, bzw. ob eine Aktivierung der Bremse 33 erforderlich ist ("H"), um die betreffende Gangstufe zu schalten.

Die Abtriebswelle 15 der Getriebeeinheit bildet, da sie mit den Zahnrädern 47 und 17 der Gangstufe 3 bzw. 5 starr gekoppelt ist, zugleich eine Vorgelegewelle des Wechselgetriebes 21. Die der Motorwelle 31 zugeordnete Hohlwelle 41 bildet hinsichtlich der Gangstufen 1/2, 4/6 und R ebenfalls eine Vorgelegewelle der Getriebeeinheit. Die Motorwelle 31 der elektrischen Maschine 23 ist koaxial zu diesen Vorgelegewellen angeordnet.

Die in 1a gezeigte Getriebeeinheit zeichnet sich dadurch aus, dass ein über die Kurbelwelle 13 auf die Antriebswelle 11 übertragenes Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine einerseits und ein von der elektrischen Maschine 23 erzeugtes Antriebsmoment andererseits im Planetengetriebe aufsummiert und als gegenseitig überlagertes Antriebsmoment auf die Abtriebswelle 15 bzw. das Achsdifferential 19 übertragen werden können. Hierfür ist die Abtriebswelle 15 mit dem Planetenträger 37 des Planetengetriebes 25 gekoppelt.

Die gezeigte Getriebeeinheit zeichnet sich ferner dadurch aus, dass das Wechselgetriebe 21 mehrere Gangstufen 3, 5 aufweist, über die die Antriebswelle 11 direkt mit der Abtriebswelle 15 betriebsmäßig gekoppelt werden kann, und dass das Wechselgetriebe 21 ferner mehrere Gangstufen 1/2, 4/6 aufweist, über die die Antriebswelle 11 indirekt – nämlich über das Planetengetriebe 25 – mit der Abtriebswelle 15 betriebsmäßig gekoppelt werden kann. Durch diese Ausgestaltung kann das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine während eines Wechsels der geschalteten Gangstufe zeitweise gleichzeitig über mehrere der Gangstufen 1/2, 3, 4/6, 5 – d.h. gemäß unterschiedlichen Leistungsflüssen – auf die Abtriebswelle 15 geleitet werden, während ein zusätzliches Moment von der elektrischen Maschine 23 aufgebracht wird.

Hierdurch ist ein Gangwechsel ohne wesentliche Zugkraftunterbrechung möglich, wobei die elektrische Maschine 23 stets nur einen Teil des an der Abtriebswelle 15 benötigten Antriebsmoments aufbringen muss. Die elektrische Maschine 23 braucht also nicht das gesamte Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine aufzubringen, und sie kann für eine entsprechend geringere Momentenkapazität ausgelegt sein.

Indem mittels der Kupplung K3 in der Stellung A das Hohlrad 39 mit dem Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 verblockbar ist, können zusätzliche Gangstufen 2, 6 dargestellt werden, ohne dass hierfür weitere Zahnradpaare erforderlich sind.

Die elektrische Maschine 23 kann auch generatorisch arbeiten, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die hierbei gewonnene elektrische Energie kann für einen nachfolgenden motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 23 genutzt werden. Zu diesem Zweck kann die elektrische Maschine 23 mit einem elektrischen Speicher (nicht dargestellt) verbunden sein, beispielsweise mit Kondensatoren hoher Kapazität (so genannte Supercaps).

Nachfolgend wird der Betrieb der Getriebeeinheit gemäß 1a anhand der 1b bis 1i näher erläutert, wobei das jeweils aktivierte Organ der Getriebeeinheit (Kupplung, elektrische Maschine, Bremse) durch einen Stern angedeutet ist.

1b zeigt das Anfahren des Kraftfahrzeugs.

Die Kupplung K1 wirkt mit dem Losrad 49 zusammen, so dass die Gangstufe 1 bereits eingelegt ist und ein Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine über die Antriebswelle 11 und das genannte Losrad 49 auf das Zahnrad 53 und das Hohlrad 39 des Planetengetriebes 25 übertragen wird. Solange die Fahrzeugbremse betätigt ist (Stillstand der Abtriebswelle 15), bewirkt die Verbrennungskraftmaschine somit eine Rotation des Sonnenrads 35 des Planetengetriebes 25 und hierdurch eine Rotation der Motorwelle 31 und des Rotors 29 der elektrischen Maschine 23. Die im Stillstand des Fahrzeugs erzeugte Energie der Verbrennungskraftmaschine kann somit in der elektrischen Maschine 23 generatorisch gewonnen und gespeichert werden. Die Fahrzeugräder müssen hierbei gebremst sein, um ein ungewolltes Anfahren zu verhindern.

Nach dem Lösen der Fahrzeugbremse (nicht gezeigt) wird durch entsprechende Ansteuerung des Stators 27 der Rotor 29 der elektrischen Maschine 23 zunehmend generatorisch gebremst, so dass über den Planetenträger 37 des Planetengetriebes 25 ein ansteigendes Antriebsmoment auf die Abtriebswelle 15 und das Achsdifferential 19 übertragen wird. Dieses generatorische Bremsen kann optional durch Betätigung der Bremse 33 unterstützt werden; hierdurch reduziert sich die jeweilige Baugröße der elektrischen Maschine 23 und des verwendeten elektrischen Speichers.

Sobald auf diese Weise der völlige Stillstand des Rotors 29 erreicht ist, wird die Motorwelle 31 mittels der Bremse 33 blockiert, so dass die elektrische Maschine 23 ab diesem Zeitpunkt kein Stützmoment mehr aufbringen muss.

1c zeigt den somit erreichten Zustand.

Das Kraftfahrzeug befindet sich nun im Fahrbetrieb mit eingelegter Gangstufe 1, wobei das Antriebsmoment vollständig von der Verbrennungskraftmaschine aufgebracht wird.

Es ist zu beachten, dass das Anfahren ohne Verwendung einer zwischen die Kurbelwelle 13 und die gezeigte Getriebeeinheit geschalteten Anfahrkupplung erfolgt ist.

Sobald nun eine vorbestimmte Mindestdrehzahl der Kurbelwelle 13 erreicht wird, wird von der Gangstufe 1 in die Gangstufe 2 gewechselt. Hierfür wird – während die Kupplung K1 mit dem Losrad 49 gekoppelt bleibt – die der Motorwelle 31 zugeordnete Bremse 33 gelöst, und während durch entsprechende Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine die Drehzahl der Antriebswelle 11 der Getriebeeinheit verringert wird, treibt die elektrische Maschine 23 die Motorwelle 31 und somit das Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 derart an, dass die Drehzahl der mit dem Planetenträger 37 gekoppelten Abtriebswelle 15 und das über das Planetengetriebe 25 insgesamt auf die Abtriebswelle 15 übertragene Antriebsmoment im Wesentlichen aufrechterhalten werden. Sobald die Motorwelle 31 und die mit dem Hohlrad 39 starr verbundene Hohlwelle 41 hierdurch eine Synchrondrehzahl erreichen, wird die Kupplung K3 in die Stellung A gebracht, so dass das Hohlrad 39 und das Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 drehfest miteinander gekoppelt sind. Nun ist die Gangstufe 2 eingelegt, und das auf die Abtriebswelle 15 übertragene Antriebsmoment wird vollständig über die Kurbelwelle 13 der Verbrennungskraftmaschine aufgebracht.

1d zeigt den somit erreichten Zustand.

Bei andauernder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs wird – sobald die Antriebswelle 11 neuerlich eine vorbestimmte Mindestdrehzahl erreicht – die Motorwelle 31 der elektrischen Maschine 23 wieder auf Synchrondrehzahl mit der Hohlwelle 41 gebracht, so dass die Kupplung K3 momentenfrei gemacht wird und geöffnet werden kann. Die Kupplung K1 bleibt zunächst mit dem Losrad 49 gekoppelt. Die Drehzahl der Antriebswelle 11 kann nun verringert werden, wobei das fehlende Antriebsmoment an der Abtriebswelle 15 durch die elektrische Maschine 23 kompensiert wird. Während des Absenkens der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine werden also das verbleibende Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine und das nun von der elektrischen Maschine 23 aufgebrachte ergänzende Antriebsmoment mittels des Planetengetriebes 25 derart aufsummiert, dass an der Abtriebswelle 15 im Wesentlichen keine Zugkraftunterbrechung spürbar ist.

Sobald auf diese Weise die Drehzahl der Antriebswelle 11 mit der Drehzahl des mit dem Zahnrad 47 drehwirksam gekoppelten Losrads 43 übereinstimmt, wird die Kupplung K2 mit dem Losrad 43 gekoppelt, um hierdurch eine direkte Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 11 und der Abtriebswelle 15 herzustellen. Die Gangstufe 3 ist nun eingelegt. Erst jetzt wird, nachdem durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine das Losrad 49 und die Kupplung K1 momentenfrei gemacht worden sind, die Kupplung K1 von dem Losrad 49 gelöst.

1e zeigt den somit erreichten Zustand.

Die Übertragung des Antriebsmoments von der Antriebswelle 11 auf die Abtriebswelle 15 erfolgt nun ohne Beteiligung der elektrischen Maschine 23 und des Planetengetriebes 25. Bei der nächsten zu schaltenden Gangstufe des Wechselgetriebes 21 wird das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Kurbelwelle 13 wieder indirekt – nämlich über das Planetengetriebe 25 – auf die Abtriebswelle 15 geleitet: Sobald die Antriebswelle 11 neuerlich eine vorbestimmte Mindestdrehzahl erreicht, wird durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine 23 das Losrad 51 der Antriebswelle 11 (über das Hohlrad 39, die Hohlwelle 41 und das Zahnrad 55) mit der Antriebswelle 11 synchronisiert, und sodann wird die Kupplung K1 mit dem Losrad 51 gekoppelt. Zeitweise sind nun also die Gangstufe 3 und die Gangstufe 4 gleichzeitig geschaltet. Ein Teil des Antriebsmoments der Verbrennungskraftmaschine wird somit direkt über die Gangstufe 3 (Losrad 43 und Zahnrad 47) auf die Abtriebswelle 15 übertragen, und ein weiterer Teil des Antriebsmoments der Verbrennungskraftmaschine wird über die gleichzeitig geschaltete Gangstufe 4 (Losrad 51, Zahnrad 55) auf das Hohlrad 39 des Planetengetriebes 25 übertragen, wobei zusätzlich ein Drehmoment der elektrischen Maschine 23 auf das Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 übertragen wird. Das Planetengetriebe 25 überträgt die Summe dieser Antriebsmomente auf die Abtriebswelle 15.

Nun wird die bislang geschaltete Gangstufe 3 durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine 23 momentenfrei gemacht, d.h. die elektrische Maschine 23 übernimmt nun den zuletzt über die Gangstufe 3 übertragenen Teil des Antriebsmoments, und die Kupplung K2 wird von dem Losrad 43 gelöst. Die Drehzahl der Kurbelwelle 13 bzw. der Antriebswelle 11 wird nun verringert, während gleichzeitig die Drehzahl der Motorwelle 31 der elektrischen Maschine 23 verringert wird, bis schließlich die Motorwelle 31 vollständig abgebremst ist und von der Bremse 33 gehalten wird. Nach somit beendetem Gangwechsel wird das gesamte Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine nun über die Gangstufe 4 (Losrad 51 und Zahnrad 55) indirekt – nämlich über das Hohlrad 39 und den Planetenträger 37 bei blockiertem Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 – auf die Abtriebswelle 15 übertragen.

1f zeigt den somit erreichten Zustand.

Die nächste zu schaltende Gangstufe bewirkt wieder eine direkte betriebsmäßige Kopplung der Antriebswelle 11 mit der Abtriebswelle 15, an dem Planetengetriebe 25 vorbei: Sobald durch entsprechende Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine die Antriebswelle 11 eine vorbestimmte Mindestdrehzahl erreicht hat, wird die der elektrischen Maschine 23 zugeordnete Bremse 33 gelöst. Während nun die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Antriebswelle 11 abgesenkt wird, bringt die elektrische Maschine 23 ein zusätzliches Antriebsmoment auf, um an der Abtriebswelle 15 eine Zugkraftunterbrechung zu verhindern. Hierfür werden mittels des Planetengetriebes 25 das von der weiterhin geschalteten Gangstufe 4 übertragene Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine und das zusätzliche Antriebsmoment der elektrischen Maschine 23 aufsummiert.

Sobald die Synchrondrehzahl für die Gangstufe 5 erreicht ist, bewirkt die Kupplung K2 eine drehfeste Kopplung der Antriebswelle 11 mit dem Losrad 45. Die Gangstufe 5 ist hierdurch geschaltet. Die Kupplung K1 kann bezüglich des Losrads 51 eingerückt bleiben. Eine sich hierdurch ergebende Drehbewegung der Motorwelle 31 mit dem Rotor 29 kann für einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 23 genutzt werden.

1g zeigt den somit erreichten Zustand.

Durch das Einlegen der nächsten Gangstufe wird wieder eine indirekte Kopplung der Antriebswelle 11 über das Planetengetriebe 25 mit der Abtriebswelle 15 bewirkt. Hierfür wird – während die Kupplung K1 weiterhin mit dem Losrad 51 gekoppelt ist, mittels der elektrischen Maschine 23 ein solches zusätzliches Antriebsmoment erzeugt, das gemeinsam mit dem über die Antriebswelle 11 auf das Losrad 51 übertragenen Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine (Aufsummierung im Planetengetriebe 25) die bislang geschaltete Gangstufe 5 abstützt bzw. momentenfrei macht. Die Kupplung K2 wird nun von dem Losrad 45 gelöst.

Danach wird die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Antriebswelle 11 herabgesetzt, wobei durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine 23 die Drehzahl der Motorwelle 31 an die Drehzahl der Hohlwelle 41 angepasst wird. Sobald eine gegenseitige Synchronisierung erreicht ist, wird die Kupplung K3 in die Stellung A gebracht, um die Motorwelle 31 und die Hohlwelle 41 drehfest miteinander zu koppeln. Hierdurch sind das Sonnenrad 35 und das Hohlrad 39 des Planetengetriebes 35 verblockt, und das auf die Abtriebswelle 15 wirkende Antriebsmoment wird allein von der Verbrennungskraftmaschine über die Antriebswelle 11 und die somit eingelegte Gangstufe 6 (Losrad 51 und Zahnrad 55) aufgebracht.

1h zeigt den somit erreichten Zustand.

Das Schalten des gezeigten Wechselgetriebes 21 von einer höheren Gangstufe in eine niedrigere Gangstufe erfolgt generell in umgekehrter Reihenfolge.

Aus der vorstehenden Beschreibung des jeweiligen Wechsels zwischen verschiedenen Gangstufen ist ersichtlich, dass die Antriebswelle 11 und somit das von der Verbrennungskraftmaschine übertragene Antriebsmoment zu keinem Zeitpunkt vollständig von der Abtriebswelle 15 der Getriebeeinheit entkoppelt sind, so dass die elektrische Maschine 23 während eines Wechsels der geschalteten Gangstufe des Wechselgetriebes 21 lediglich für eine Überlagerung eines zusätzlichen Antriebsmoments sorgen muss, wobei durch das Planetengetriebe 25 eine Aufsummierung der betreffenden Antriebsmomente bewirkt wird.

Ferner ist zu beachten, dass für das Einlegen der erläuterten Gangstufen keine mechanischen Synchronisierungsmittel benötigt werden.

1i zeigt zur ergänzenden Erläuterung die Getriebeeinheit bei eingelegtem Rückwärtsgang R. Die Kupplung K3 befindet sich in der Stellung B, so dass das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine über die Antriebswelle 11, das Zahnrad 57, das Zahnrad 59 und das Losrad 61 auf die Hohlwelle 41 und das Hohlrad 39 des Planetengetriebes 25 übertragen wird. Da mittels der Bremse 33 die Motorwelle 31 und somit das Sonnenrad 35 des Planetengetriebes 25 blockiert sind, wird das Antriebsmoment über den Planetenträger 37 auf die Abtriebswelle 15 geleitet. Das Anfahren im Rückwärtsgang R erfolgt wie im Zusammenhang mit 1b erläutert, also durch generatorisches Bremsen mittels der elektrischen Maschine 23 und/oder durch Bremsen mittels der Bremse 33.

1j schließlich zeigt der besseren Übersicht halber in einer separaten Darstellung eine Steuereinrichtung 65 zur Steuerung der Getriebeeinheit gemäß 1a. Die Steuereinrichtung ist mit der elektrischen Maschine 23, mit der Bremse 33 und ferner (auf nicht dargestellte Weise) mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Außerdem ist die Steuereinrichtung 65 mit Aktuatoren 67, 69, 71 verbunden, die zur Betätigung der Kupplungen K1, K2 bzw. K3 dienen.

2 illustriert, dass eine vergleichbare Getriebeeinheit wie in 1a bis 1j gezeigt selbstverständlich auch für eine Längsmotor-Anordnung realisiert werden kann.

11

Antriebswelle

13

Kurbelwelle

15

Abtriebswelle

17

Zahnrad

19

Achsdifferential

21

Wechselgetriebe

23

elektrische Maschine

25

Planetengetriebe

27

Stator

29

Rotor

31

Motorwelle

33

Bremse

35

Sonnenrad

37

Planetenträger

39

Hohlrad

41

Hohlwelle

43

Losrad

45

Losrad

47

Zahnrad

49

Losrad

51

Losrad

53

Zahnrad

55

Zahnrad

57

Zahnrad

59

Zahnrad

61

Losrad

65

Steuereinrichtung

67

Aktuator

69

Aktuator

71

Aktuator

1 bis 6

Gangstufe

R

Gangstufe

K1, K2, K3

Kupplung

H

Aktivierungszustand der Bremse 33

A, B

Stellung der Kupplung K3