DE102006006327B4

DE102006006327B4 - Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102006006327B4
Application number: DE102006006327.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Janssen; Jong-nam Park; Hyun-ok Kim
Original assignee: FEV Europe GmbH; Ssangyong Motor Co Ltd
Current assignee: FEV Europe GmbH; KG Mobility Corp
Priority date: 2006-02-11
Filing date: 2006-02-11
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2026-02-12
Also published as: KR100923014B1; DE102006006327A1; KR20070081432A; CN101016051A

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes (1), der einen Elektromotor (3) und eine Verbrennungskraftmaschine (2) aufweist, welche über ein Planetengetriebe (4) miteinander in Verbindung stehen, welches mit einer Getriebeeingangswelle (5) verbunden ist, wobei in einem Sonderbetrieb eine Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) in Richtung Null eingestellt wird, vorzugsweise auf zumindest annähernd Null eingestellt wird und eine von Null verschiedene Drehzahl (28; 29) der Getriebeeingangswelle (5), welche gegenüber einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) reduziert ist, anhand der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) eingestellt wird, wobei gegenüber einem Normalbetrieb eine Geschwindigkeit verringert und ein Drehmoment erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladezustandüberwachung eines mit dem Elektromotor (3) verbindbaren Akkumulators vorgenommen wird, anhand derer eine Restdrehzahl des Elektromotors (3) während des Sonderbetriebs vorgegeben wird und dass zur Beendigung des Sonderbetriebs die Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) derart angehoben und die Drehzahl (24; 25) der Verbrennungskraftmaschine (2) derart abgesenkt wird, dass beide Drehzahlen (25; 26) zumindest annähernd übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes.
Hybridantriebe werden zunehmend als Alternative zu rein elektrischen Antrieben und Verbrennungskraftmaschinen beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt.
In DE 10 2004 005 349 A1 ist ein Hybridmotor beschrieben, bei dem ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor über ein Planetengetriebe miteinander verbunden sind.
DE 103 19 108 B4 offenbart ein Allradfahrzeug mit einem Hybridantrieb und ebenfalls einem Planetengetriebe.
In DE 101 52 472 A1 und WO 2004/014700 A1 sind ein Antriebssystem für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebssteuerung beschrieben.
Weiterhin ist in DE 199 29 594 A1 ein weiterer Hybridmotor für ein Fahrzeug offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine höhere Variabilität eines Hybridantriebes bei einer insbesondere kompakteren Bauweise zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Hybridantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 9 durch die Steuerung eines Hybridantriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 16 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Weitere vorteilhaftere Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes, der einen vorzugsweise auch als Generator nutzbaren Elektromotor und eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, welche über ein Planetengetriebe miteinander in Verbindung stehen, welches mit einer Getriebeeingangswelle verbunden ist, wird in einem Sonderbetrieb, welcher insbesondere ein Geländebetrieb ist, eine Drehzahl des Elektromotors in Richtung Null verändert, vorzugsweise auf zumindest annähernd Null eingestellt und eine von Null verschiedene Drehzahl der Getriebeeingangswelle, welche gegenüber einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine reduziert ist, wird anhand der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt, wobei gegenüber einem Normalbetrieb eine Geschwindigkeit verringert und ein Drehmoment erhöht wird.
Die Verbindung von Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine mittels des Planetengetriebes ist insbesondere so ausgestaltet, dass dem Elektromotor, der Verbrennungskraftmaschine sowie der Getriebeeingangswelle jeweils ein Element des Planetengetriebes aus der Gruppe umfassend Sonnenrad, Hohlrad, Planetenträger zugeordnet ist. Die Zuordnung erfolgt dabei insbesondere so, dass bei einer Drehzahl 0 des Elektromotors eine Untersetzung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle gegenüber der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine mit dem Sonnenrad verbunden und die Getriebeeingangswelle mit dem Hohlrad oder dem Planetenträger. In einer anderen Variante ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit dem Planetenträger und die Getriebeeingangswelle mit dem Hohlrad verbunden.
Der Sonderbetrieb, in welchem eine niedrige Geschwindigkeit mit einem hohen Drehmoment des Hybridantriebes eingestellt wird, ermöglicht insbesondere eine niedrige Fahrgeschwindigkeit eines Hybridfahrzeuges unter einer hohen Last. Beispielsweise wird der Sonderbetrieb zur Verwirklichung eines Kriechganges eingesetzt. Vorzugsweise ermöglicht dies eine Bewältigung hoher Steigungen und/oder ein Anfahren unter einer hohen Last. Insbesondere kann der Sonderbetrieb bei Geländefahrten eingesetzt werden, in denen üblicherweise eine geringe Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem hohen Drehmoment erforderlich ist.
Die im Sonderbetrieb im Vergleich zum Normalbetrieb verringerte Geschwindigkeit sowie das erhöhte Drehmoment sind insbesondere jeweils auf eine gleiche Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine in beiden Betriebsarten zu beziehen.
Unter einer Reduzierung der Drehzahl des Elektromotors auf zumindest annähernd 0 ist zu verstehen, dass die Drehzahl deutlich unterhalb einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt wird. Insbesondere wird die Drehzahl des Elektromotors im Sonderbetrieb auf weniger als 50 Prozent der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt.
Vorzugsweise kann ein Untersetzungsverhältnis eingestellt werden, welches ansonsten mittels eines gewöhnlicherweise eingesetzten mechanischen Untersetzungsgetriebes ermöglicht wird. Bevorzugt kann das Untersetzungsverhältnis durch eine Variation der Drehzahl des Elektromotors im Bereich um die Drehzahl 0 variiert werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels eines mechanischen Untersetzungsgetriebes eine weitere Untersetzung erzielt wird.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die gegenüber der Verbrennungskraftmaschine reduzierte Drehzahl der Getriebeeingangswelle ohne Zuschaltung eines Untersetzungsgetriebes eingestellt wird. Insbesondere wird eine niedrige Geschwindigkeit ohne Zuschaltung eines Untersetzungsgetriebes eingestellt. Vorzugsweise kann auf ein üblicherweise zur Erzielung eingesetztes mechanisches Untersetzungsgetriebe gänzlich verzichtet werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sonderbetrieb, insbesondere der Geländebetrieb, mit einer niedrigen Geschwindigkeit nur zugeschaltet werden kann, wenn ein Allradantrieb aktiviert ist. Vorzugsweise wird ein Durchdrehen eines Antriebsrades verhindert oder zumindest vermindert. Insbesondere wird eine bessere Traktion ermöglicht. Des Weiteren wird vorzugsweise eine Überlastung angetriebener Radachsen vermieden.
In einer Ausgestaltung wird eine zur Überbrückung des Planetengetriebes vorgesehene Kupplung geöffnet. Dies ermöglicht insbesondere, dass Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine jeweils variabel drehbar über das Planetengetriebe miteinander verbunden sind, wohingegen in einem geschlossenen Zustand der Kupplung Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor drehfest miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird die Kupplung nach Beendigung des Sonderbetriebes im Normalbetrieb geschlossen. Die Kupplung kann dabei beispielsweise zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Planetengetriebes vorgesehen sein, wobei Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine über das Sonnenrad und einen Planetenträger miteinander in Verbindung stehen und das Hohlrad des Planetengetriebes eine Getriebeeingangswelle antreibt. Entsprechend sind jedoch auch andere Kombinationen denkbar.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Betrag der Drehzahl der Elektromotors weniger als 300 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt weniger als 200 Umdrehungen pro Minute beträgt. Die Drehzahl kann dabei sowohl ein positives als auch ein negatives Vorzeichen aufweisen.
Insbesondere kann anhand der Einstellung der Drehzahl ein elektrischer Energiehaushalt berücksichtigt werden. In einer Variante ist vorgesehen, dass bei einem Ladezustand eines mit dem Elektromotor verbundenen elektrischen Energiespeichers unterhalb eines Sollzustandes eine negative Drehzahl eingestellt wird. Dadurch kann der Elektromotor als Generator genutzt werden und den elektrischen Energiespeicher aufladen.
In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass bei einem Ladezustand eines mit dem Elektromotor verbundenen elektrischen Energiespeichers oberhalb eines Sollzustandes eine positive Drehzahl eingestellt wird. In diesem Zustand kann der als Generator nutzbare Elektromotor als Elektromotor betrieben werden und den Ladezustand des Energiespeichers verringern.
In einer Ausgestaltung wird der Elektromotor mittels einer Kupplung gebremst. Diese kann den Elektromotor vorzugsweise auf eine Drehzahl von 0 abbremsen. Bei einer beispielhaften Radsatzauslegung des Planetengetriebes von i1 = 0,5 wird eine Untersetzung von 2,0 zwischen der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eingestellt.
Vorzugsweise wird ein rückfreier Übergang zwischen dem Sonderbetrieb und dem Normalbetrieb ermöglicht. Insbesondere erfolgt ein Verkuppeln von Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine ruckfrei, wenn die Drehzahlen ausgeglichen sind.
Die Drehzahl der Getriebeeingangswelle wird während eines Übergangs zwischen dem Sonderbetrieb und dem Normalbetrieb vorzugsweise so geregelt, dass ein glatter Übergang ermöglicht wird. Entsprechendes gilt vorzugsweise bei einem Übergang zwischen dem Normalbetrieb und dem Sonderbetrieb. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl der Getriebeeingangswelle während eines Übergangs zwischen dem Sonderbetrieb und dem Normalbetrieb zeitlich konstant geregelt wird.
Vorzugsweise wird eine Start-/Stopp-Funktion des Hybridantriebes während des Sonderbetriebes deaktiviert. Insbesondere wird vermieden, dass die Verbrennungskraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen durch die Start-/Stopp-Funktion ausgeschaltet wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, wobei der Hybridantrieb einen als Generator nutzbaren Elektromotor und eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, welche über ein Planetengetriebe miteinander in Verbindung stehen, welches mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbindbar ist, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, mit welcher in einem Sonderbetrieb, insbesondere einem Geländebetrieb, eine Drehzahl des Elektromotors zumindest annähernd auf 0 reduzierbar ist und eine Drehzahl der Eingangswelle anhand einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine einstellbar ist, wobei gegenüber einem Normalbetrieb eine Geschwindigkeit verringerbar und ein Drehmoment erhöhbar ist, ohne dass ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist.
Bei dem Getriebe handelt es sich beispielsweise um ein üblicherweise verwendetes Schalt- oder Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere ist weder zwischen dem Getriebe und dem Hybridantrieb noch zwischen dem Getriebe und den Antriebsrädern ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe vorgesehen.
Vorzugsweise wird eine Funktionalität hinsichtlich einer Untersetzung erzielt, welche üblicherweise mittels eines zusätzlichen mechanischen Untersetzungsgetriebes ermöglicht wird. Bevorzugt wird diese Funktionalität bei einer deutlich gewichtsreduzierten Bauweise ermöglicht.
Die Steuerung ist beispielsweise eine Motorsteuerung oder dergleichen. Diese Steuerung kann gemäß einer Ausgestaltung in eine Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine oder des Elektromotors integriert sein. Des Weiteren kann die Steuerung in einer Steuerung des Hybridantriebes integriert sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist an der Eingangswelle eine Drehzahl einstellbar, welche gegenüber der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine untersetzt ist. Beispielsweise ist ein Untersetzungsverhältnis von 1 zu 2 einstellbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Getriebe für ein Eingangsdrehmoment von zumindest 150%, vorzugsweise 200% eines maximalen Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine zumindest für Betriebszeiten im Sonderbetrieb ausgelegt ist. Vorzugsweise wird dadurch eine Zerstörung des Getriebes verhindert, wenn das maximale Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit einer Untersetzung von 1 zu 2 in die Eingangswelle des Getriebes eingeleitet wird. Bei kleineren oder größeren Untersetzungen können entsprechend angepasste maximale Drehmomente des Getriebes vorgesehen sein. Insbesondere ist das Getriebe zumindest für ein Eingangsdrehmoment ausgelegt, welches dem maximalen Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine multipliziert mit dem Kehrwert des Untersetzungsverhältnisses, welches kleiner als 1 ist, entspricht. Die Betriebszeiten im Sonderbetrieb betragen insbesondere einen Bruchteil der Gesamtbetriebszeit, beispielsweise etwa 10%. Insbesondere kann das Getriebe auch für einen ausschließlichen Betrieb im Sonderbetrieb ausgelegt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist an das Getriebe ein Allradverteiler angeschlossen. Der Allradverteiler ist dabei insbesondere schaltbar ausgestaltet, so dass wahlweise von einem Allradmodus in einen Modus mit einem Antrieb lediglich eines Teils der Antriebsräder umgeschaltet werden kann. Vorzugsweise wird ein Übersetzungsverhältnis bei einem Schalten von einem Modus in den anderen Modus dabei nicht beeinflusst.
Vorteilhafterweise weist der Allradverteiler ein festes Übersetzungsverhältnis auf. Bevorzugt kann der Allradverteiler gegenüber einem konventionellen Allradverteiler, welcher üblicherweise ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe aufweist, deutlich gewichtssparender ausgestaltet sein. Des Weiteren wird vorzugsweise eine deutlich kompaktere Bauweise ermöglicht.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Kupplung vorgesehen, mittels der Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine drehfest miteinander verbindbar sind. Diese Kupplung ist vorzugsweise von der Steuerung von einem geschlossenem Zustand in einen geöffneten Zustand schaltbar, wenn eine Anforderung des Sonderbetriebes vorliegt. Diese Kupplung ist beispielsweise in oder an dem Planetengetriebe vorgesehen. Beispielsweise kann diese zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Planetengetriebes vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Kupplung zum Abbremsen des Elektromotors vorgesehen. Diese ist vorzugsweise mittels der Steuerung schließbar, wenn eine Anforderung des Sonderbetriebes vorliegt. Insbesondere kann der Elektromotor mittels der Kupplung drehfest festgehalten werden.
Zur Verbesserung eines Energiemanagements des Hybridantriebes ist gemäß einer Weiterbildung eine Ladezustandsüberwachung eines mit dem Elektromotor verbindbaren Akkumulators vorgesehen, anhand derer eine Restdrehzahl des Elektromotors während des Sonderbetriebs vorgebbar ist. Die Restdrehzahl ist dabei sowohl positiv als auch negativ einstellbar, wodurch ein Laden oder ein Entladen des Akkumulators ermöglicht wird. Die Ladezustandüberwachung ist beispielsweise in die Steuerung, insbesondere eine Motorsteuerung integriert.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung eines Hybridantriebes insbesondere gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Die Steuerung ist dabei insbesondere ein Mikrocontroller, Mikrocomputer, eine Motorsteuerung oder dergleichen.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen auszuführen, wenn ein die Programmcodemittel umfassendes Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Als computerlesbares Medium wird beispielsweise ein elektronischer Speicherbaustein, insbesondere einer Motorsteuerung, z. B. in einer Motorsteuerung, verwendet. Des Weiteren kann ein magnetischer, magneto-optischer, elektronischer, optischer Datenträger oder dergleichen verwendet werden. Als Computer ist insbesondere ein Computer einer Steuerung, beispielsweise ein Mikrocontroller einer Motorsteuerung verwendbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 ein Schema eines Hybridantriebes,
2 ein Schema eines Planetengetriebes,
3 eine erste Betriebart eines Planetengetriebes,
4 eine zweite Betriebsart eines Planetengetriebes,
5 eine dritte Betriebsart eines Planetengetriebes,
6 eine vierte Betriebsart eines Planetengetriebes,
7 ein Schema zur Darstellung einer Untersetzung und
8 einen zeitlichen Verlauf eines Anfahrvorganges.
1 zeigt ein Schema eines Hybridantriebes 1. Dieser Hybridantrieb 1 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 2 und einen Elektromotor 3, welcher insbesondere auch als Generator nutzbar ist, und welcher über ein Planetengetriebe 4 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden ist. Das Planetengetriebe 4 ist mit einer Getriebeeingangswelle 5 eines Getriebes 6 verbunden, welches über eine Ausgangswelle 7 mit einem Allradverteiler 8 verbunden ist. Der Allradverteiler 8 weist wiederum eine erste 9 und eine zweite Antriebswelle 10 jeweils einer Vorderachse 11 bzw. einer Hinterachse 12 mit nicht im Einzelnen dargestellten Antriebsrädern auf. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante kann die Ausgangswelle 7 auch direkt mit den Antriebswellen 9; 10 verbunden werden. Weiterhin ist eine erste Kupplung 13 vorgesehen, mittels derer Elektromotor 3 und Verbrennungskraftmaschine 2 drehfest miteinander verbindbar sind. Außerdem ist optional eine zweite Kupplung 14 vorgesehen, mittels derer der Elektromotor 3 abgebremst werden kann. Das Planetengetriebe 4 ist lediglich schematisch dargestellt. Dieses weist, nicht einzeln dargestellt, ein Hohlrad, ein Sonnenrad, sowie wenigstens einen Planetenträger auf. Die Verbrennungskraftmaschine 2 ist mit dem Sonnenrad verbunden. Der Elektromotor 3 ist mit dem Planetenträger verbunden und das Hohlrad ist mit der Getriebeeingangswelle 5 des Getriebes 6 verbunden. In einer anderen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine mit dem Planetenträger, der Elektromotor mit dem Hohlrad und das Sonnenrad mit der Getriebeeingangswelle 5 verbunden ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungskraftmaschine 2 mit dem Sonnenrad, der Elektromotor mit dem Hohlrad und die Getriebeeingangswelle 5 mit dem Planetenträger verbunden ist. Eine Verbindung kann dabei jeweils sowohl direkt als auch mittels jeweils wenigstens einer Welle vorgesehen sein. Generell kann vorgesehen sein, dass eine erste Welle mit der Verbrennungskraftmaschine, eine zweite Welle mit dem Elektromotor und eine dritte Welle mit dem Getriebe verbunden ist. Zumindest ein oder zwei Kupplungen können vorgesehen sein, über die durch das Planetengetriebe miteinander verbundene Bauelemente wahlweise getrennt oder auch insgesamt miteinander verblockbar sind.
Weiterhin ist eine Steuerung 15 vorgesehen, mittels derer die Verbrennungskraftmaschine 2, der Elektromotor 3, die erste Kupplung 13 und die zweite Kupplung 14 gesteuert werden können. Des Weiteren kann vorgesehen sein, mittels der Steuerung 15 den Allradverteiler zwischen einem Allradmodus und einem Zweiradmodus zu schalten. Weiterhin kann die Steuerung 15 mit dem Automatikgetriebe kommunizieren und eine Gangwahl übernehmen oder beeinflussen.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigt ein Schema eines Planetengetriebes. Dieses umfasst ein Hohlrad 16, ein Sonnenrad 17 und einen Planetenträger 18, welcher seinerseits einen ersten Planetensatz 19 und einen zweiten Planetensatz 20 aufweist. Anstelle der zwei Planetensätze 18; 19 mit insofern doppelten Planetenrädern kann in einer nicht dargestellten Variante auch ein einziger Planetensatz mit insofern einfachen Planetenrädern vorgesehen sein. Das Sonnenrad 17 ist mit einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das Hohlrad 16 ist mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden und der Planetenträger 18 ist mit einem nicht dargestellten Elektromotor verbunden.
3 zeigt eine erste Betriebsart eines Planetengetriebes, welches im Wesentlichen identisch mit dem in 2 gezeigten Planetengetriebe ist. In der ersten Betriebsart sind Hohlrad 16 und Sonnenrad 17 und damit auch Planententräger 18 drehfest miteinander verbunden. Diese Verbindung wird mittels einer nicht dargestellten Kupplung beispielsweise entsprechend der ersten Kupplung in 1 bewirkt. Hohlrad 16, Sonnenrad 17 und Planetenträger 18 weisen somit eine gleiche Drehzahl auf. Entsprechend weisen ein an den Planetenträger angeschlossener Elektromotor und eine an das Sonnenrad angeschlossene Verbrennungskraftmaschine eine gleiche Drehzahl auf. Die Drehzahlen von Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad sind jeweils mit entsprechenden Pfeilen 16.1; 17.1; 18.1 angedeutet, wobei eine Länge der Pfeile in etwa proportional zur jeweiligen Drehzahl ist.
4 zeigt eine zweite Betriebsart eines Planetengetriebes 4. In der dargestellten zweiten Betriebsart des Planetengetriebes ist der Elektromotor und somit der Planetenträger 18 auf eine Drehzahl 0 abgebremst. Entsprechend dreht das Hohlrad 16 mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit, welche eine Untersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad entspricht, welche mittels vorgegebener Zahnverhältnisse eingestellt wird. Die Drehzahl des Hohlrades 16 ist beispielsweise halb so groß wie eine Drehzahl des Sonnenrades 17. Der Planententrager 18 wird mittels einer nicht dargestellten Kupplung, beispielsweise mit einer der zweiten Kupplung in 1 entsprechenden Kupplung, festgehalten. Ein an den Elektromotor angeschlossener Akkumulator wird weder geladen noch entladen.
5 zeigt eine dritte Betriebsart eines Planetengetriebes 4. Diese entspricht im Wesentlichen der zweiten Betriebsart. Im Unterschied dazu wird ein Planetenträger 18 jedoch nicht festgehalten. Der Planetenträger 18 wird vielmehr mittels eines Elektromotors mit einer geringfügig von 0 verschiedenen positiven Drehzahl gedreht. Die Drehrichtung ist dabei so ausgelegt, dass der Elektromotor aus Generator betrieben wird. Entsprechend wird ein an den Elektromotor angeschlossener Akkumulators aufgeladen. Gleichzeitig ist die Drehzahl des Planetenträgers 18 so ausgelegt, dass annähernd ein Untersetzungsverhältnis wie im Falle der in 4 gezeigten Betriebsart ermöglicht wird.
6 zeigt eine vierte Betriebsart eines Planetengetriebes 4, welche im Wesentlichen der zweiten Betriebsart entspricht. Im Unterschied dazu wird ein Planetenträger 18 jedoch nicht festgehalten. Der Planetenträger 18 wird vielmehr mittels eines Elektromotors mit einer geringfügig von 0 verschiedenen negativen Drehzahl gedreht. Die Drehrichtung ist dabei so ausgelegt, dass der als Generator betreibbare Elektromotor als Motor betrieben wird. Entsprechend wird ein Ladezustand eines an den Elektromotor angeschlossenen Akkumulators verringert. Gleichzeitig ist die Drehzahl des Planetenträgers 18 so ausgelegt, dass annähernd ein Untersetzungsverhältnis wie im Falle der in 4 gezeigten Betriebsart ermöglicht wird.
7 zeigt ein Schema zur Darstellung einer Untersetzung eines Planetengetriebes. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen gemäß den 2 bis 6 weist dieses Planetengetriebe jedoch nur einen Planetensatz auf. Entsprechend ist eine Drehzahl des Planetenträgers umgekehrt. Dargestellt sind auf der Ordinate Drehzahlen von Verbrennungskraftmaschine 2, Getriebeeingangswelle 5 und Elektromotor 3. Die schematische Darstellung ist für ein Planetengetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 2 dargestellt. Des Weiteren ist der Verbrennungsmotor mit dem Sonnenrad und der Elektromotor mit dem Planententräger verbunden. Dementsprechend ist die Getriebeeingangswelle 5 mit einem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden. In einem ersten Betriebszustand 21 sind Drehzahlen von Verbrennungskraftmaschine 2, Getriebeeingangswelle 5 und Elektromotor 3 identisch 0. In einem zweiten Betriebszustand 22 weist die Verbrennungskraftmaschine 2 eine Drehzahl W1 auf. Die Getriebeeingangswelle 5 steht still und entsprechend weist der Elektromotor 3 eine Drehzahl W1 auf. In einem dritten Betriebszustand 23, welcher einem Sonderbetrieb entspricht, beträgt die Drehzahl des Elektromotors 3 null, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 W1 und die Drehzahl der Getriebeeingangswelle ½ × W1. Dementsprechend liegt im dritten Betriebszustand 23 eine Untersetzung von 1 zu 2 zwischen der Drehzahl der Getriebeeingangswelle 5 und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 2 vor. Entsprechend verdoppelt sich an der Getriebeeingangswelle 5 ein Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 2. In einer nicht dargestellten Variante kann die Drehzahl des Elektromotors im dritten Betriebszustand, beispielsweise entsprechend der dritten oder vierten Betriebsart in 5 bzw. 6, auch geringfügig größer oder kleiner als 0 sein. Bei einer Drehzahl des Elektromotors, welche geringfügig größer als 0 ist, wird die Drehzahl der Getriebeeingangswelle geringfügig erhöht. Entsprechend wird ein Untersetzungsverhältnis von beispielsweise 0,5 etwas erhöht. Bei einer Drehzahl des Elektromotors, welche geringfügig kleiner als 0 ist, wird die Drehzahl der Getriebeeingangswelle geringfügig verringert. Entsprechend wird ein Untersetzungsverhältnis von beispielsweise 0,5 noch etwas verringert.
8 zeigt schließlich einen zeitlichen Verlauf eines Anfahrvorganges. Auf der Abszisse ist die Zeit dargestellt und auf der Ordinate die Drehzahl. Dargestellt ist jeweils eine erste Drehzahl 24 der Verbrennungskraftmaschine in einem Sonderbetrieb, eine zweite Drehzahl 25 der Verbrennungskraftmaschine in einem Normalbetrieb, ein erster Drehzahlverlauf 26 eines Elektromotors im Sonderbetrieb, ein zweiter Drehzahlverlauf des Elektromotors in einem Normalbetrieb sowie ein erster Drehzahlverlauf 28 einer Getriebeeingangswelle im Sonderbetrieb und einen zweiten Drehzahlverlauf 29 der Getriebeeingangswelle in einem Normalbetrieb. Erster und zweiter Drehzahlverlauf der Getriebeeingangswelle sind im Normalbetrieb und im Sonderbetrieb identisch. Im Normalbetrieb werden die Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Elektromotor so eingeregelt, dass Sie an einen gleichen Wert annehmen, welcher naturgemäß abhängig von entsprechenden Fahrsituationen variieren kann. Im Sonderbetrieb dagegen wird die Drehzahl des Elektromotors auf etwa 0 gehalten, so dass eine Einstellung einer Drehgeschwindigkeit der Getriebeeingangswelle mittels der Drehzahl des Verbrennungsmotors erfolgt. Entsprechend der Untersetzung ist dabei eine Drehzahl des Verbrennungsmotors erforderlich, welche gegenüber der Drehzahl der Getriebeeingangswelle gemäß dem Untersetzungsverhältnis vergrößert ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebes (1), der einen Elektromotor (3) und eine Verbrennungskraftmaschine (2) aufweist, welche über ein Planetengetriebe (4) miteinander in Verbindung stehen, welches mit einer Getriebeeingangswelle (5) verbunden ist, wobei in einem Sonderbetrieb eine Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) in Richtung Null eingestellt wird, vorzugsweise auf zumindest annähernd Null eingestellt wird und eine von Null verschiedene Drehzahl (28; 29) der Getriebeeingangswelle (5), welche gegenüber einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) reduziert ist, anhand der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) eingestellt wird, wobei gegenüber einem Normalbetrieb eine Geschwindigkeit verringert und ein Drehmoment erhöht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladezustandüberwachung eines mit dem Elektromotor (3) verbindbaren Akkumulators vorgenommen wird, anhand derer eine Restdrehzahl des Elektromotors (3) während des Sonderbetriebs vorgegeben wird und dass zur Beendigung des Sonderbetriebs die Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) derart angehoben und die Drehzahl (24; 25) der Verbrennungskraftmaschine (2) derart abgesenkt wird, dass beide Drehzahlen (25; 26) zumindest annähernd übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (2) reduzierte Drehzahl der Getriebeeingangswelle (5) ohne Zuschaltung eines Untersetzungsgetriebes eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonderbetrieb, insbesondere ein Geländebetrieb, mit einer niedrigen Geschwindigkeit nur zugeschaltet werden kann, wenn ein Allradantrieb aktiviert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Überbrückung des Planetengetriebes (4) vorgesehene Kupplung (13) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betrag der Drehzahl des Elektromotors (3) weniger als 300 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt weniger als 200 Umdrehungen pro Minute beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezustand eines mit dem Elektromotor (3) verbundenen elektrischen Energiespeichers unterhalb eines Sollzustandes eine negative Drehzahl eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladezustand eines mit dem Elektromotor (3) verbundenen elektrischen Energiespeichers oberhalb eines Sollzustandes eine positive Drehzahl eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) mittels einer Kupplung (14) gebremst wird.
Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, wobei der Hybridantrieb (1) einen Elektromotor (3) und eine Verbrennungskraftmaschine (2) aufweist, welche über ein Planetengetriebe (4) miteinander in Verbindung stehen, welches mit einer Eingangswelle (5) eines Getriebes (6) verbindbar ist, wobei eine Steuerung (15) vorgesehen ist, mit welcher in einem Sonderbetrieb eine Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) reduzierbar ist, vorzugsweise annähernd auf Null, und eine Drehzahl (28; 29) der Eingangswelle (5) anhand einer Drehzahl (24; 25) der Verbrennungskraftmaschine (2) einstellbar ist, wobei gegenüber einem Normalbetrieb eine Geschwindigkeit verringerbar und ein Drehmoment erhöhbar ist, ohne dass ein zusätzliches Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ladezustandüberwachung eines mit dem Elektromotor (3) verbindbaren Akkumulators vorgesehen ist, anhand derer eine Restdrehzahl des Elektromotors (3) während des Sonderbetriebs vorgebbar ist und dass zur Beendigung des Sonderbetriebs die Drehzahl (26; 27) des Elektromotors (3) derart angehoben und die Drehzahl (24; 25) der Verbrennungskraftmaschine (2) derart abgesenkt wird, dass beide Drehzahlen (25; 26) zumindest annähernd übereinstimmen.
Hybridantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Eingangswelle (5) eine Drehzahl (28; 29) einstellbar ist, welche gegenüber der Drehzahl (24; 25) der Verbrennungskraftmaschine (2) untersetzt ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6) für ein Eingangsdrehmoment von zumindest 150% eines maximalen Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine (2) während einer Betriebszeit im Sonderbetrieb ausgelegt ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Allradverteiler (8) an das Getriebe (6) angeschlossen ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Allradverteiler (8) ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (13) vorgesehen ist, mittels welcher der Elektromotor (3) und die Verbrennungskraftmaschine (2) drehfest miteinander koppelbar sind.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (14) zum Abbremsen des Elektromotors (3) vorgesehen ist.
Steuerung eines Hybridantriebes (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sind, um ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 auszuführen, wenn ein die Programmcodemittel umfassendes Programm auf einem Computer ausgeführt wird.