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Title:
MOTOR VEHICLE COMPRISING AT LEAST TWO DRIVE MOTORS AND COMPRISING AN AUTOMATIC GEARBOX HAVING A FIXED GEAR RATIO AND A POWER-SPLIT GEAR RATIO
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/058122
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a motor vehicle comprising: at least two drive motors, wherein at least one drive motor is an electric machine; a high-voltage battery; an automatic gearbox which has at least one fixed gear ratio and at least one power-split gear ratio and/or a serial gear ratio for gear ratio adjustment towards at least one fixed gear ratio; and an electronic control unit which has a functional module such that, during the gear ratio adjustment between the engagement of a shift element and the loading of the shift element in order to control the internal combustion engine and the electric machine, a torque curve of the following type can be predefined: - the shift element to be engaged is loaded with a predefined torque gradient at a first point in time at which at least one tooth-to-tooth position can be assumed, up to a second point in time, - during a predefined waiting period, the predefined torque is limited to a maximum permissible torque from the second point in time up to a third point in time, and - after the waiting period or when the engaged state is detected, the shift element to be engaged is further loaded with the previously predefined torque gradient, preferably until the torque in the fully loaded fixed gear is reached.

Inventors:
LIEBERT SEBASTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/073098
Publication Date:
March 24, 2022
Filing Date:
August 20, 2021
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
International Classes:
B60W20/11; B60K6/365; B60K6/38; B60K6/387; B60K6/445; B60K6/547; B60W10/02; B60W10/06; B60W10/08; B60W10/115; B60W10/196; B60W20/30; B60W30/19; B60W50/00; F16H3/72
Foreign References:
US20130150207A12013-06-13
US9963151B22018-05-08
DE102017200786A12018-07-19
DE102017217133A12019-03-28
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Claims:
Patentansprüche Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren (12, EMA, EMB), wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine (EMA) ist, mit einem Hochvoltspeicher (HVS), mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe (G1 , G2) und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe (E-CVT) und/oder mindestens eine serielle Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung hin zu mindestens einer festen Übersetzungsstufe (G1 ; G2) aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit (SG), die ein Funktionsmodul (ZVV) dergestalt aufweist, dass im Rahmen der Übersetzungsverstellung zwischen dem Einlegen eines Schaltelements (SE; B2) und dem Belasten des Schaltelements (SE; B2) zur Steuerung des Verbrennungsmotors (VM) und der Elektromaschine (EMA) ein Drehmomentverlauf folgender Art vorgebbar ist:

- das einzulegende Schaltelement (SE; B2) wird zu einem ersten Zeitpunkt (TO), an dem zumindest von einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ausgegangen werden kann, bis zu einem zweiten Zeitpunkt (T1 ) mit einem vorgegebenen Drehmoment-Gradienten (dM/dt) belastet,

- während einer vorgegebenen Wartedauer wird vom zweiten Zeitpunkt (T1 ) bis zu einem dritten Zeitpunkt (T2) das vorgegebene Drehmoment (M) auf ein maximal zulässiges Drehmoment (M2) begrenzt und

- nach Ablauf der Wartedauer oder bei Erkennen des Eingelegtzustandes wird das einzulegende Schaltelement (SE; B2) mit dem zuvor vorgegebenen Drehmoment-Gradienten (dM/dt) weiter belastet. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während der vorgegebenen Wartedauer die Steuerung des Drehmoments (M) gepulst durchgeführt wird. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das maximal zulässige Drehmoment (M2) aus dem geschätzten zu überdrückenden Reibmoment (M1 ) und einem Zusatzmoment (dM) ermittelt wird. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überdrückende Reibmoment (M1 ) abhängig vom Wirkradius, von einem angenommenen Reibwert und von der zur Verfügung stehenden Aktuierungskraft des Schaltelement-Aktuators geschätzt wird. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmoment (dM) abhängig von einer vorzugebenden, maximal erlaubten Schaltelement-Differenzdrehzahl und dem wirksamen Massenträgheitsmoment (J) bestimmt wird. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Wartedauer abhängig vom wirksamen Massenträgheitsmoment (J), von einem maximalen Verdrehwinkel und vom maximal vorgegebenen Differenzdrehzahlgradienten bestimmt wird. Automatikgetriebe für ein Kraftahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Umlaufgetriebe (UG), mit mindestens einem Schaltelemente (K1 und/oder B2), mit mindestens einer Elektromaschine (EMA) als einen Antriebsmotor, die Teil eines Variators ist, und mit Aktuatoren, die von der elektronischen Steuereinheit (SG) mittels des Funktionsmoduls (ZW) ansteuerbar sind. Elektronische Steuereinheit (SG) für ein Kraftfahrzeug oder ein Automatikgetriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Funktionsmodul (ZVV). Verfahren zum Schalten eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels der elektronischen Steuereinheit (SG) im Rahmen der Übersetzungsverstellung zwischen dem Einlegen eines Schaltelements (SE; B2) und dem Belasten des Schaltelements (SE; B2) zur Steuerung des Verbrennungsmotors (VM) 18 und der Elektromaschine (EMA) ein Drehmomentverlauf folgender Art vorgegeben wird:

- das einzulegende Schaltelement (SE; B2) wird zu einem ersten Zeitpunkt (TO), an dem zumindest von einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ausgegangen werden kann, bis zu einem zweiten Zeitpunkt (T1 ) mit einem vorgegebenen Drehmoment-Gradienten (dM/dt) belastet,

- während einer vorgegebenen Wartedauer wird vom zweiten Zeitpunkt (T1 ) bis zu einem dritten Zeitpunkt (T2) das vorgegebene Drehmoment (M) auf ein maximal zulässiges Drehmoment (M2) begrenzt und

- nach Ablauf der Wartedauer oder bei Erkennen des Eingelegtzustandes wird das einzulegende Schaltelement (SE; B2) mit dem zuvor vorgegebenen Drehmoment-Gradienten (dM/dt) weiter belastet

Description:
Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren und mit einem Automatikgetriebe, das eine feste und eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe aufweist

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist, mit einem Hochvoltspeicher, mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung oder eine Serielle Übersetzungsstufe ausgehend von der mindestens einen festen Übersetzungsstufe aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit.

Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Ferner sind Automatikgetriebe für Hybridelektrofahrzeuge bekannt, die neben einem Verbrennungsmotor zusätzlich mindestens eine Elektromaschine für den Antrieb haben. Aktuelle Automatikgetriebe für Hybridelektrofahrzeuge (Hybridgetriebe) basieren in der Regel auf bestehenden Automatikgetrieben. Die Elektromaschine für die Elektrifizierung wird üblicherweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe positioniert (sogenannter P2-Hybrid). Diese Art von Hybridisierung bringt für das Getriebe an sich jedoch keine Vorteile.

Getriebe, die sich zum Hybridisieren eignen, sind beispielsweise lastschaltbare Automatikgetriebe, die die verschiedenen festen Übersetzungsstufen über reibschlüssige Schaltelemente bereitstellen. In diesen Getrieben wird während des Gangwechsels zumindest ein Schaltelement unter Schlupf betrieben. Die Reibarbeit während des Schlupfbetriebs wird dabei in Wärme umgewandelt, die von den reibschlüssigen Schaltelementen über einen ausreichenden Kühlölstrom abtransportiert werden muss. Des Weiteren erzeugen die reibschlüssigen Schaltelemente im offenen Zustand entsprechende Schleppverluste. Die Schaltelemente werden in der Regel hydraulisch angesteuert. Damit sie im geschlossenen Zustand Kraft übertragen können, müssen die Reiblamellen der Schaltelemente dauerhaft mit einem entsprechend hohen Hydraulikdruck aneinander gepresst werden. Die hierzu notwendige Hydraulikpumpe wird sowohl zur Kühlung also auch zur Betätigung der Schaltelemente eingesetzt. Für ihren Betrieb braucht sie jedoch eine gewisse Leistung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad sinkt.

Gemäß dem Gegenstand der DE 10 2017 217 133 A1 ist ein Automatikgetriebe mit einem Verbrennungsmotor, mit mindestens zwei festen Übersetzungsstufen, mit drei Getriebewellen, mit einem Umlaufgetriebe, mit zwei Schaltelementen und mit einem Variator vorgesehen. Dabei ist eine erste Seite des Variators mit einer ersten Getriebewelle drehmomentübertragend koppelbar und eine zweite Seite des Variators über eine zweite Getriebewelle mit dem Umlaufgetriebe übersetzungsverstellend koppelbar. Das bedeutet, dass die zweite Seite des Variators sich zusammen mit dem Verbrennungsmotor und einem Abtrieb des Automatikgetriebes in einem 3-Wellen-Betrieb befindet, wodurch die zweite Seite des Variators über das Umlaufgetriebe eine übersetzungsverstellende Wirkung auf den Verbrennungsmotor hat. Der Variator ermöglicht hierbei eine kontinuierliche Übersetzungsverstellung. Somit können unabhängig von den festen Übersetzungsstufen weitere Übersetzungen eingestellt werden, insbesondere beliebige Zwischenzustände zwischen den festen Übersetzungsstufen. Vorzugsweise wird der Variator durch zwei Elektromaschinen gebildet. Hierbei werden eine der Elektromaschinen generatorisch und die andere Elektromaschine motorisch betrieben. Indem mechanische Energie vorübergehend in elektrische Energie gewandelt wird, lassen sich die Drehzahlen der beiden Elektromaschinen entkoppeln und damit eine Variatorfunktionalität mit den beiden Elektromaschinen bereitstellen. Das Umlaufgetriebe kann ein Planetengetriebe sein.

Im Fall der seriellen Übersetzungsstufe besteht keine mechanische Kopplung des Verbrennungsmotors zur antreibenden Achse des Fahrzeugs, die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors wird von einer ersten elektrischen Maschine zu 100% in elektrische Leistung und von einer zweiten elektrischen Maschine zurück in mechanische Antriebsleistung an der antreibenden Achse gewandelt. Im Gegensatz zur leistungsverzweigten Übersetzungsstufe überträgt der Variator in der seriellen Übersetzungsstufe also die volle Antriebsleistung. Da der Wechsel von der seriellen Übersetzungsstufe und der leistungsverzweigten Übersetzungsstufe hin zu einer festen Übersetzungsstufe im Rahmen der Erfindung vergleichbar sind, wird der Inhalt der Erfindung im Folgenden bzgl. der leistungsverzweigten Übersetzungsstufe beschrieben, gilt jedoch gleichermaßen für die serielle Übersetzungsstufe.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybrid-Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe eingangs genannter Art hinsichtlich seiner Übersetzungsverstellung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist, mit einem Hochvoltspeicher, mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe (Festgang) und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe (E-CVT) und/oder eine serielle Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung hin zu mindestens einer festen Übersetzungsstufe aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit, die ein Funktionsmodul dergestalt aufweist, dass im Rahmen der Übersetzungsverstellung zwischen dem Einlegen eines Schaltelements der (neuen) festen Übersetzungsstufe und dem Belasten des Schaltelements der (neuen) festen Übersetzungsstufe zur Steuerung des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine ein Drehmomentverlauf folgender Art vorgebbar ist:

- das einzulegende Schaltelement wird zu einem ersten Zeitpunkt, an dem zumindest von einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ausgegangen werden kann, bis zu einem zweiten Zeitpunkt mit einem vorgegebenen Drehmoment- Gradienten belastet,

- während einer vorgegebenen Wartedauer wird vom zweiten Zeitpunkt bis zu einem dritten Zeitpunkt das vorgegebene Drehmoment auf ein maximal zulässiges Drehmoment begrenzt und

- nach Ablauf der Wartedauer oder bei Erkennen des Eingelegtzustandes wird das einzulegende Schaltelement mit dem zuvor vorgegebenen Drehmoment-Gradienten - vorzugsweise bis zum Erreichen des Drehmoments im voll belasteten Festgang - weiter belastet.

Beispielsweise ist auch das Einlegen eines einzigen Festganges ausgehend von der leistungsverzweigten Übersetzungsstufe (E-CVT) relevant.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einer Elektromaschine, mit einem Automatikgetriebe, das mindestens zwei feste Übersetzungsstufen und einen Variator zur Übersetzungsverstellung zwischen den zwei festen Übersetzungsstufen aufweist, wobei der Variator beispielsweise zwei Elektromaschinen umfasst. Es kann auch eine Elektromaschine genügen. In diesem Fall besteht der Variator aus der Elektromaschine und einem Hochvoltspeicher.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst weiterhin eine elektronische Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass im Rahmen eines Gangwechsels bei DHT-Getrieben ein Verfahren zum sicheren Einlegen formschlüssiger Schaltelemente durchführbar ist.

Der Anmeldung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Der Einsatz formschlüssiger Schaltelemente in DHT-Antrieben ist motiviert durch die Minimierung von Schlepp- und Aktuierungsverlusten im Getriebe.

Formschlüssige Schaltelemente haben jedoch den Nachteil, dass sie nur in kleinen Winkelbereichen über der Verdrehung ihrer beiden Kupplungselemente den Formschluss herstellen können. Das bedeutet, dass über den restlichen Verdrehwinkelbereich eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt.

Diesen Nachteil versucht man in der Regel mittels geometrischer Gestaltung der Kupplungselemente zu minimieren. Als Beispiel werden Geometrien in Form von Fangzähnen oder Dachschrägen eingesetzt. Die Verdrehung der beiden Kupplungselemente gegeneinander wird dabei durch die Kraft des Aktuators sichergestellt.

Die geometrische Lösung birgt jedoch weiterhin zu einem gewissen Prozentsatz das Problem der Zahn-auf-Zahn-Stellung und bringt darüber hinaus den Nachteil größerer Aktuierungswege mit sich.

Ein sicheres Einlegen ist jedoch erforderlich, um zu große Differenzdrehzahlen aufgrund eines verzögerten Einlegens des Schaltelementes zu vermeiden. Grund hierfür ist der im Einlegen entstehende Drehmomentimpuls, der proportional zur abzubauenden Differenzdrehzahl steigt und bei Überschreiten von gang- und schaltelementabhängigen Grenzwerten zu Komfortproblemen oder zu Matenalschädigungen führt.

Erfindungsgemäß wird daher eine funktionale Lösung vorgeschlagen, die bevorzugt mit stumpfen, aber auch mit jeder Art formschlüssiger Schaltelemente das Einlegen bzw. Schließen formschlüssiger Schaltelemente erlaubt.

Aufgrund der Aktuierungskraft des Aktuators des Schaltelementes wirken in der Zahn-auf-Zahn-Stellung eine Reibkraft und somit auch ein Reibdrehmoment, welches ein Verdrehen der beiden Kupplungselemente verhindert. Dieses Reibmoment kann im DHT, im Gegensatz zu konventionellen Getrieben, gezielt überdrückt werden.

Indem der Verbrennungsmotor und die Elektromaschine derart angesteuert werden, dass am einzulegenden Schaltelement gerade etwas mehr zu übertragendes Drehmoment als das Reibmoment wirkt, findet ein Verdrehen der Kupplungselemente statt und das Schaltelement kann einlegen bzw. schließen.

Die Differenz aus zu übertragendem Drehmoment und wirkendem Reibmoment darf aus Komfortgründen aber auch aus Gründen der Matenalschädigung einen vom einzulegenden Gang abhängigen Wert nicht überschreiten.

Um den Einlegevorgang aus der Zahn-auf-Zahn-Stellung gesteuert durchfahren zu können, wird vorgeschlagen, die Belastung des einzulegenden Schaltelementes bereits in der Zahn-auf-Zahn-Stellung zu beginnen. Damit baut sich Drehmoment auf, welches das Reibmoment überdrücken wird.

Um die Differenz aus zu übertragendem Drehmoment und wirkendem Reibmoment zu begrenzen, wird ab einem zu parametrierenden bzw. applizierenden Wert der Drehmomentaufbau am Schaltelement gestoppt oder zumindest verlangsamt, so dass eine Verdrehung und schließlich ein Einlegen des Schaltelementes unterhalb eines zu applizierenden Drehmoment-, sowie Differenzdrehzahlniveaus am Schaltelement erfolgen wird.

Nach einer zu applizierenden zeitlichen Dauer oder bei Erkennen des Eingelegtzustandes wird der ursprüngliche Drehmomentaufbau am nun vollständig eingelegten Schaltelement fortgesetzt.

Um das vom Aktuator erzeugte Reibmoment zu minimieren bzw. vom Haft- auf den Gleitreibwert abzusenken, wird vorzugsweise ein gepulster Betrieb des Schaltelement-Aktuators durchgeführt.

Dabei ist die Frequenz der Pulsation bevorzugt so zu applizieren oder parametrieren, dass die Aktuatorkraft im Mittel weiterhin ihren geforderten Wert erreicht, jedoch im Minimum ihres Verlaufs auf 70% oder 50% oder 30% oder evtl, auch 0% des geforderten Wertes absinkt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 Zustand 1 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,

Fig. 2 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 1 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 3 Zustand 2 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,

Fig. 4 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 2 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 5 Zustand 3 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,

Fig. 6 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 3 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 7 Zustand 4 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang, Fig. 8 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 4 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 9 Zustand 5 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,

Fig. 10 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 5 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 11 Zustand 6 und 7 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,

Fig. 12 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 6 und 7 des gesamten Schaltablaufs,

Fig. 13 den wesentlichen erfindungsgemäßen Zwischenschritt zwischen Zustand 5 und 6 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang und

Fig. 14 schematisch der sich durch die Erfindung ergebende Drehmomentverlauf am betroffenen Schaltelement.

Fig. 1 zeigt den Ausgangszustand, Zustand 1 , bei eingelegtem ersten Gang (Festgang G1 ) vor einem Gangwechselbefehl. Es folgt durch ein entsprechendes Eingangssignal ein Gangwechselbefehl in einer elektronischen Steuereinheit SG.

Fig. 2 zeigt die wichtigsten Komponenten der Erfindung, die auch für die Figuren 4, 6, 8, 10 und 12 gelten: In Fig. 2 ist schematisch ein Hybridfahrzeug gezeigt, das ein DHT- Automatikgetriebe, einen Verbrennungsmotor VM, eine erste Elektromaschine EMA, eine zweite Elektromaschine EMB, einen Hochvoltspeicher HVS und eine elektronische Steuereinheit SG aufweist.

Das Automatikgetriebe umfasst ein Umlaufgetriebe UG in Form eines leistungsverzweigenden Planetengetriebes, einen Variator, der die beiden Elektromaschinen EMA und EMB umfasst, sowie ein erstes Schaltelement K1 , das zum Einlegen einer ersten festen Übersetzungsstufe G1 (im Folgenden auch Festgang G1 genannt) vorgesehen ist, und ein zweites Schaltelement B2, das zum Einlegen einer zweiten festen Übersetzungsstufe G2 vorgesehen ist.

Die Anzahl von zwei Übersetzungsstufen dient hier nur der besseren Anschaulichkeit; in der Praxis kann auch eine höhere Anzahl von Übersetzungsstufen verwendet werden.

Ferner umfasst das Automatikgetriebe zwei Getriebewellen, nämlich eine Eingangswelle in Form einer Antriebswelle, mittels der das Automatikgetriebe mit dem Verbrennungsmotor VM drehmomentübertragend gekoppelt ist, und eine Ausgangswelle in Form einer Abtriebswelle, mittels der das Automatikgetriebe mit den Rädern R des Kraftfahrzeugs drehmomentübertragend gekoppelt ist.

Das Automatikgetriebe kann auch drei oder mehr feste Übersetzungsstufen aufweisen, dann hätte es auch eine entsprechende größere Anzahl an Schaltelementen, die zum Einlegen weiterer Übersetzungsstufen vorgesehen sind. Auch können einzelne Schaltelemente für mehrere Übersetzungsstufen und/oder eine Kombination mehrerer Schaltelemente für eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein.

Das Planetengetriebe UG weist den Träger 1 , das Hohlrad 2 und die Sonne 3 auf. Das Umlaufgetriebe UG ist sowohl mit der Eingangswelle als auch mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt. Des Weiteren umfasst das Umlaufgetriebe UG eine Welle, über die es mittels des ersten Schaltelements K1 , das hier eine Kupplung bildet, mit der Eingangswelle drehmomentübertragend koppelbar ist sowie mit dem zweiten Schaltelement B2, das hier eine Bremse bildet, drehmomentübertragend koppelbar ist. Die Welle hat dabei einen drehzahleinstellenden Effekt auf den Verbrennungsmotor VM. In einer alternativen Ausführungsform können die Schaltelemente K1 , B2 für beliebige drehmomentübertragende Funktionen vorgesehen sein.

Die Schaltelemente K1 , B2 sind jeweils als Klauenkupplung ausgebildet. Das heißt, sie sind formschlüssige Schaltelemente und erfordern lediglich einen geringen Druck, um in geschlossener Stellung gehalten zu werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Schaltelemente K1 , B2 beliebige andere geeignete Schaltelemente sein, beispielsweise kraftschlüssige Schaltelemente.

Die Variatorfunktionalität zur Übersetzungsverstellung wird dadurch bereitgestellt, dass die erste Elektromaschine EMA generatorisch und die zweite Elektromaschine EMB motorisch betrieben werden. Hierdurch können kinetische Energie und elektrische Energie ineinander gewandelt und damit die Drehzahlen der beiden Elektromaschinen EMA, EMB voneinander entkoppelt werden.

Das Schalten des Automatikgetriebes von einer ersten Übersetzungsstufe (Festgang) G1 in eine zweite feste Übersetzungsstufe (Festgang) G2 erfolgt gemäß dem Schaltablauf, der anhand der Figuren 3, 5, 7, 9 11 und 13 dargestellt ist.

Gemäß den Figuren 1 und 2 ist die erste feste Übersetzung G1 eingelegt, das heißt, das erste Schaltelement K1 ist geschlossen und das zweite Schaltelement B2 ist geöffnet. Ferner ist der Variator entkoppelt; d.h. die Elektromaschinen sind weder mit der Eingangswelle noch mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt. Alle Drehzahlen nG1 sind gleich. Die erste Elektromaschine EMA kann generatorisch betrieben werden, um den Hochvoltspeicher HVS zu laden.

Um in die zweite feste Übersetzung G2 zu schalten, wird nun gemäß Fig. 3 das Schaltelement K1 des aktuellen (alten) Festganges G1 entlastet.

Wie in Fig. 4 zu sehen ist, wird der Variator mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt sowie über die Welle mit dem Umlaufgetriebe UG drehmomentübertragend gekoppelt. Mit anderen Worten wird die zweite Elektromaschine EMB mit dem Abtrieb bzw. mit dem Hohlrad 2 bzw. mit den Rädern R motorisch betrieben und vom Hochvoltspeicher HVS gespeist. Der Verbrennungsmotor VM kann abgeschaltet sein bzw. werden.

Mittels des Variators wird nun über die Ausgangswelle das erste Schaltelement K1 durch eine Drehmomentüberlagerung entlastet (K1 gestrichelt dargestellt).

An diesem Punkt setzt der Kem der Erfindung ein, der anhand der Figuren 13 und 14 nochmal erläutert wird.

Gemäß Zustand 3, der in Fig. 5 aktiviert dargestellt ist, wird anschließend das Schaltelement K1 ausgelegt, wie in Fig. 6 mit der offenen K1 gezeigt wird.

Es folgt gemäß Fig. 7 der Zustand 4, nämlich die vorzugsweise elektrische und kontinuierliche Übersetzungsverstellung in einer leistungsverzweigten Übersetzungsstufe (E-CVT). Dies wird in Fig. 8 anhand der Drehzahlverschiebung an der Sonne 3 dargestellt. Nach dem Öffnen des ersten Schaltelements K1 wird demnach durch eine kontinuierliche Übersetzungsverstellung des Variators bzw. der elektrischen Maschine EMA die Übersetzung der zweiten Übersetzungsstufe (Festgang) G2 eingestellt. Die Bremse B2 ist dabei noch geöffnet.

Das bedeutet, es stellt sich ein 3-Wellen-Betrieb ein, wodurch die Differenzdrehzahl an dem zweiten Schaltelement B2 abgebaut wird.

Fig. 9 zeigt den Zustand 5, in dem das Schaltelement B2 für den neuen Festgang G2 geschlossen wird.

Dabei ist in Fig. 10 zu sehen, dass das zweite Schaltelement B2 geschlossen wird, sobald die Differenzdrehzahl auf Null gesenkt wurde bzw. einen bestimmten Grenzwert unterschritten hat. Hierdurch übernimmt das zweite Schaltelement B2 die Last vom Variator und der Variator kann entkoppelt werden (siehe Fig. 10, gestrichelte Elektromaschine EMB). Die Bremse B2 ist noch nicht belastet (gestrichelte B2). In Fig. 11 ist Zustand 6 und unmittelbar damit verbunden Zustand 7 bzw. wieder 1 erreicht, in dem das neue Schaltelement B2 belastet werden kann (vollständig geschlossene B2 in Fig. 12). Mit Fig. 12 ist der Schaltablauf eines Gangwechsels beendet.

In Fig. 13 ist der erfindungsgemäße Zwischenzustand zwischen Zustand 5 und 6 durch ein Funktionsmodul ZW (Zahn-Verspannungs-Verhinderung) in der Steuereinheit SG bzw. durch ein durch die Steuereinheit SG ausgeführtes Verfahren dargestellt, dessen Auswirkung auf den Verlauf des Drehmoments M am Schaltelement SE (hier B2) in Fig. 14 über der Zeit t gezeigt ist:

Es folgt ein Ausführungsbeispiel mit sich ergebendem Drehmomentverlauf M gemäß Fig. 14:

Es wirkt eine Aktuierungskraft von z. B. 200 N auf ein formschlüssiges Schaltelement SE (z.B. B2) in Zahn-auf-Zahn-Stellung, welches einen Wirkradius von z.B. 100 mm besitzt. Der angenommene Reibwert liegt z.B. bei 0,15. Damit ergibt sich ein zu überdrückendes geschätztes Reibmoment M1 von 3 Nm. Aufgrund des wirksamen Massenträgheitsmomentes (J) ergibt sich ein Verhältnis aus Differenzdrehzahlgradient zum wirksamen Drehmoment (M- M1 ), hier von 10 rad/Nms 2 Das Schaltelement SE muss im schlimmsten Fall 28° verdrehen, um einlegen zu können, darf aber nicht mit mehr als 10 rad/s Differenzdrehzahl einlegen.

2*A<p Daraus ergibt sich entsprechend die Zeitspanne T2-T1 in Fig. 14 ( t = ) mit 0,1 s (Wartedauer) und eine Winkelbeschleunigung von 100 rad/s 2 . Es ergibt sich aufgrund des Verhältnisses des Differenzdrehzahlgradienten zum wirksamen Drehmoment (M-M1 ) ein maximal erlaubtes Zusatzdrehmoment dM von 10 Nm. Damit dürfen 3Nm+10Nm = 13 Nm (M1 +dM=M2) am Schaltelement SE nicht überschritten werden. Es wird also ein reduziertes Drehmomentplateau M2 von M1 +dM, hier 13 Nm, über eine Wartedauer von T2-T1 , hier 0,1s, vorgegeben. Vor Erreichen und nach Ablauf der Wartedauer T2-T1 wird der ursprünglich geforderte Drehmomentgradient dM/dt am Schaltelement SE umgesetzt: vorgegebener Drehmomentgradient dM/dt von TO bis T1 und von T2 bis T3. TO ist dabei der Zeitpunkt, ab dem davon ausgegangen werden kann, dass der Aktuator des Schaltelementes SE das Schaltelement SE zumindest in die Zahn-auf-Zahnstellung bewegt hat, im Idealfall natürlich in den Eingelegtbereich. Erst ab TO darf das neu einzulegende formschlüssige Schaltelement SE (hier B2) entsprechend dem vorgeschlagenen funktionalen Ablauf mit Drehmoment M belastet werden, um Schädigungen oder Diskomfort zu vermeiden. Der Drehmomentgradient dM/dt von T2 bis T3 wird vorgegeben, bis das Drehmoment M3 im voll belasteten Festgang - hier G2 - erreicht ist.

Soll das Drehmoment im Zeitbereich von T1 bis T2 nicht konstant gehalten, sondern leicht gesteigert werden, gilt weiterhin, dass die 13 Nm nicht überschritten werden dürfen, die Dauer für das sichere Einlegen wird jedoch steigen, da der geforderte Verdrehwinkel weiterhin erreicht werden muss (siehe gestrichelte Linien in Fig. 14).

Fig. 14 zeigt also ein Beispiel für einen Einlegevorgang eines Schaltelements SE in Verbindung mit der Ansteuerung von Verbrennungsmotor VM und/oder Elektromotorgenerator EMA in einem DHT zum sicheren Einlegen des Schaltelementes SE , auch aus einer möglichen Zahn-auf-Zahn-Stellung.

Zusammenfassung des gesamten Schaltablaufs mit dem erfindungsgemäßen Zwischenzustand ausgehend vom aktuellen Festgang:

- Entlasten des alten Schaltelements K1 durch die E-Maschinen (Zustand 2).

- Aktivierung des Funktionsmoduls zur Drehzahlanpassung DZA (Erzeugung eines Lastwechsel am zu öffnenden Schaltelement K1 und gleichzeitig Ansteuern des Aktuators zum Öffnen des Schaltelements K1 ) - Öffnen des alten Schaltelements K1 (Zustand 3) (Wechsel in einen E-CVT-Modus).

- Drehzahlanpassung zur Übersetzungsverstellung (nG1 =>nG2) im Getriebe über den E-CVT-Modus (Zustand 4).

- Einlegen des neuen Schaltelements (B2) (Zustand 5).

- Aktivieren des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls ZW in der Steuereinheit SG zur Durchführung eines Verfahrens zum sicheren Einlegen formschlüssiger Schaltelemente SE (hier B2),

- Belasten des neuen Schaltelements (B2) (Zustand 6) und

- „Ablegen“ der E-Maschinen EMA und EMB (Zustand 7=Zustand 1 ) => neuer Festgang G2.

Zusammenfassung des Verfahrens, das mittels des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls ZW durchgeführt wird:

- Eine Beaufschlagung des einzulegenden Schaltelements (SE; B2) mit Drehmoment (M) beginnt zu einem Zeitpunkt (TO), in der zumindest von einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ausgegangen werden kann (der Gang könnte zufällig auch schon eingelegt sein), mit einem vorgegebenen Drehmoment-Gradienten (dM/dt);

- insbesondere abhängig vom Wirkradius, von einem angenommenen Reibwert und von der zur Verfügung stehenden Aktuierungskraft des Aktuators eines Schaltelements (SE) wird ein zu überdrückendes Reibmoment (M1 ) geschätzt;

- insbesondere abhängig vom wirksamen Massenträgheitsmoment, von einem maximalen Verdrehwinkel und von einem maximal vorgegebenen Differenzdrehzahlgradienten wird eine vorgegebene Wartedauer (T2-T1 ) bestimmt; - während der Wartedauer (T2-T 1 ) wird ein maximal zulässiges Drehmoment (M1 ) vorgegeben, das aus dem zu überdrückenden geschätzten Reibmoment (M1 ) und einem Zusatzmoment (dM) ermittelt wird;

- das Zusatzmoment (dM) wird insbesondere aus dem Verhältnis des sich einstellenden Differenzdrehzahlgradienten zum wirksamen Drehmoment (M-M1 ) bzw. anhand des wirksamen Massenträgheitsmomentes (J) bezogen auf das einzulegende Schaltelement bestimmt und.

- nach Ablauf der Wartedauer (T2-T 1 ) (oder wenn der Gang ohne Zahn- auf-Zahn-Stellung bereits eingelegt wurde) wird für die Drehmomentsteuerung wieder der vorgegebene Drehmoment-Gradient (dM/dt) bis zum Erreichen (zum Zeitpunkt T3) des voll belasteten Drehmoments (M2) im neuen Festgang (hier G2) vorgegeben.