DE102010016723A1 - Hybridfahrzeug und Steuerverfahren - Google Patents

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Tim J James Bowman
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Abstract

Ein Hybridfahrzeug 1 enthält einen Antriebsstrang mit einem auf einem Schwungrad basierenden Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem 10, das die Eingangswelle 4 eines automatisierten Handschaltgetriebes 5 antreiben oder davon angetrieben werden kann. Die Anordnung minimiert Fahrzeugtriebstrangspiel und stellt eine große Anzahl von Betriebsmodi bereit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridfahrzeuge und Verfahren zur Steuerung solcher Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung Hybridfahrzeuge mit einem Antriebsaggregat und einem Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem.
  • Ein bekanntes Beispiel für ein Energiespeicher- und Rückgewinnungssystem enthält ein Schwungrad.
  • In dem SAE Technical Paper 2008-01-0083, 14.–17. April 2008 wird eine Anordnung beschrieben, die aus einem stufenlosen Getriebe (CVT) besteht, das zwischen dem Motor und dem Getriebe eines Fahrzeugs verbunden und dazu konfiguriert ist, ein Schwungrad über einen Zahnradsatz anzutreiben. Die Anordnung kann der durch den Motor zugeführten Energie Energie hinzufügen oder abziehen.
  • Bei einem auf einem Schwungrad basierenden Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem wird durch Beeinflussung der CVT-Übersetzung eine Steuerung der Energiespeicherung und -rückgewinnung erreicht. Wenn die Übersetzung dazu eingestellt ist, das Schwungrad zu beschleunigen, wird Energie gespeichert, und wenn die Übersetzung dazu eingestellt ist, das Schwungrad zu verlangsamen, wird Energie zurückgewonnen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einem Antriebsaggregat, einem Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem und einem Getriebe bereitgestellt, wobei das Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem ein Hochgeschwindigkeitsschwungrad ist, wobei das Getriebe eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, die mit der Eingangswelle antriebsverbunden ist, um mehrere Gangstufen bereitzustellen, und dahingehend betreibbar ist, mindestens ein Fahrzeugrad mit Antrieb zu beaufschlagen, wobei ein Ende der Eingangswelle über eine erste Kupplung mit dem Antriebsaggregat verbunden werden kann und ein anderes Ende der Eingangswelle über eine zweite Kupplung mit dem Schwungrad verbunden werden kann (distales Ende der Eingangswelle). Dabei können die Kupplungen auch konzentrisch angeordnet sein,
  • Der Antriebsstrang kann weiterhin ein stufenloses Getriebe umfassen, das zwischen dem Schwungrad und der zweiten Kupplung angeordnet ist.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang ein Untersetzungsgetriebe zwischen dem stufenlosen Getriebe und dem Schwungrad umfassen.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang eine Steuerung zum Steuern des Betriebs des Antriebsaggregats, der ersten und der zweiten Kupplung und des Kraftflusses zu und von dem Schwungrad umfassen.
  • Die Steuerung kann dazu angeordnet sein, mindestens eine Eingabe, die eine Fahreranforderung anzeigt, zu empfangen und den Betrieb des Antriebsaggregats, der ersten und zweiten Kupplung und den Kraftfluss zu und von dem Schwungrad auf Grundlage des aktuellen Zustands der Ladung des Schwungrads und/oder des aktuellen Betriebszustands des Antriebsaggregats und/oder einer aktuellen Fahreranforderung zu steuern, um ein aktuelles Betriebserfordernis zu erfüllen.
  • Das Getriebe kann ein automatisiertes Schaltgetriebe sein.
  • Der Antriebsstrang kann weiterhin eine hydraulische Maschine, die mit der Ausgangswelle antriebsverbunden ist, und einen hydraulischen Speicher, der mit der hydraulischen Maschine verbunden ist, umfassen, wobei die hydraulische Maschine bei normalem Betrieb des Antriebsstrang von der Ausgangswelle angetrieben wird, um den hydraulischen Speicher aufzuladen, und die hydraulische Maschine dazu angeordnet ist, bei einem Gangwechselvorgang des Getriebes Hydraulikfluid von dem hydraulischen Speicher zu erhalten, um den Kraftfluss zu dem mindestens einen angetriebenen Rad während des Gangswechsels aufrechtzuerhalten.
  • Die hydraulische Maschine kann eine Ölpumpe sein, und die Ölpumpe kann zur Zuführung von druckbeaufschlagtem Öl zu einem stufenlosen Getriebe angeordnet sein, wobei die Ölpumpe mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden ist.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang eine elektrische Maschine, die mit der Eingangswelle antriebsverbunden ist, und eine Batterie, die mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist, umfassen, wobei die elektrische Maschine dazu angeordnet ist, von der Eingangswelle angetrieben zu werden, um die Batterie aufzuladen.
  • Die erste Kupplung kann geöffnet sein, die zweite Kupplung kann geschlossen sein, das Getriebe kann in Neutral sein und die Eingangswelle kann von dem Schwungrad angetrieben werden, um die Batterie wieder aufzuladen.
  • Wenn erforderlich, kann die elektrische Maschine dazu angeordnet sein, die Eingangswelle unter Verwendung von in der Batterie gespeicherter Energie anzutreiben.
  • Die elektrische Maschine und das Schwungrad können in Kombination verwendet werden, um die Eingangswelle anzutreiben.
  • Die erste Kupplung kann geöffnet sein, die zweite Kupplung kann geschlossen sein und das Getriebe kann in Neutral sein, und die elektrische Maschine kann zum Wiederaufladen des Schwungrads verwendet werden.
  • Die erste und die zweite Kupplung können beide geschlossen sein und das Antriebsaggregat und das Schwungrad können beide zum Antrieb der Eingangswelle zum Antrieb des Hybridfahrzeugs verwendet werden.
  • Vorzugsweise kann das Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor sein.
  • Als Alternative dazu kann das Antriebsaggregat ein elektrischer Traktionsmotor sein.
  • Der Antriebsstrang kann einen Startermotor zum Starten des Motors enthalten, und der Startermotor kann zum Wiederaufladen des Schwungrads gezielt verwendet werden.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang mindestens ein Nebenaggregat enthalten, das mit dem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Hybridfahrzeug mit einem Antriebsstrang bereitgestellt, der gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt, wobei das Fahrzeug einen Antriebsstrang enthält, der ein Getriebe, ein Antriebsaggregat, das über eine erste Kupplung mit einem Ende einer Eingangswelle des Getriebes verbunden werden kann, ein Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem in Form eines Hochgeschwindigkeitsschwungrads, das über eine zweite Kupplung mit einem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann, und eine Ausgangswelle, die mit der Eingangswelle antriebsverbunden ist, um mehrere Gangstufen bereitzustellen, und dahingehend betreibbar ist, mindestens ein Fahrzeugrad mit Antrieb zu beaufschlagen, umfasst, wobei das Verfahren Betreiben des Antriebsstrangs in einem mehrerer vordefinierter Betriebsmodi zur Erfüllung eines aktuellen Betriebserfordernisses umfasst, wobei das aktuelle Betriebserfordernis auf einem Zustand der Ladung des Schwungrads und/oder dem Betriebszustand des Antriebsaggregats und/oder einer Fahreranforderung basiert.
  • Das Verfahren kann weiterhin Priorisieren der Betriebserfordernisse und Wählen eines Betriebsmodus zur Erfüllung des Erfordernisses mit der höchsten Priorität umfassen.
  • Des Weiteren kann das Verfahren Erfassen einer Fahrzeugverzögerungsanforderung, die ein Betriebserfordernis zum Aufladen des Schwungrads feststellt, und als Reaktion darauf Öffnen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung umfassen, wodurch Energie von dem Fahrzeug auf das Schwungrad übertragen wird.
  • Das Verfahren kann Feststellen eines Betriebserfordernisses für Antriebsaggregatenergie und Betreiben des Antriebsstrangs in einem Leistungsschaltmodus, in dem, während die erste Kupplung geöffnet ist, die Motordrehzahl erhöht wird, bis sie der Drehzahl der Eingangswelle im Wesentlichen entspricht, dann Schließen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung, umfassen.
  • Das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses für Fahrzeugbeschleunigung, Bestimmen, ob der Anforderung allein durch Abgabe von in dem Schwungrad gespeicherter Energie entsprochen werden kann, und, wenn dies der Fall ist, Wählen eines Modus mit geringem Schadstoffausstoß, in dem die zweite Kupplung eingerückt ist, Übertragen von Energie von dem Schwungrad auf die Eingangswelle und Wählen eines hohen Gangs im Getriebe umfassen.
  • Das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses für Fahrzeugbeschleunigung, Bestimmen, ob der Anforderung allein durch Abgabe von in dem Schwungrad gespeicherter Energie entsprochen werden kann, und, wenn dies nicht der Fall ist, Wählen eines Hochleistungsmodus, in dem die zweite Kupplung eingerückt ist und Energie von dem Schwungrad auf die Eingangswelle übertragen wird, Wählen eines niedrigen Gangs in dem Getriebe und Erhöhen der Leistungsabgabe des Antriebsaggregats umfassen.
  • Das Antriebsaggregat kann ein Verbrennungsmotor sein und das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses für Starten des Verbrennungsmotors und Wählen eines Schwungradstartmodus mit den Schritten des Wählens von Neutral im Getriebe, Schließen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung, wodurch in dem Schwungrad gespeicherte Energie zum Anlassen des Motors verwendet wird, umfassen.
  • Das Verfahren kann die Schritte des Feststellens eines Betriebserfordernisses zum Aufladen des Schwungrads und Wählens eines Schwungradaufladungsmodus mit Starten des Antriebsaggregats, Wählen von Neutral im Getriebe, Schließen der ersten Kupplung und Schließen der zweiten Kupplung, wodurch Energie von dem Antriebsaggregat auf die Energiespeicher- und -rückgewinnungsvorrichtung übertragen wird, umfassen.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang einen von der Eingangswelle angetriebenen Generator und eine mit dem Generator verbundene Batterie umfassen, und das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses zum Aufladen der Batterie und Betreiben des Antriebsstrangs in einem Batterieladungsmodus durch Sperren des Antriebsaggregats, Ausrücken der ersten Kupplung, Schließen der zweiten Kupplung und Wählen eines anderen Gangs als Neutral im Getriebe, wodurch das Fahrzeug allein durch die Energiespeicher- und -rückgewinnungsvorrichtung angetrieben wird und der Generator durch die Energiespeicher- und -rückgewinnungsvorrichtung angetrieben wird und dadurch die Batterie auflädt, umfassen.
  • Das aktuelle Betriebserfordernis kann auf einem Ladungszustand der Batterie und/oder einem Ladungszustand des Schwungrads und/oder dem Betriebszustand des Antriebsaggregats und/oder einer Fahreranforderung basieren.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang eine hydraulische Maschine, die mit der Ausgangswelle des Getriebes antriebsverbunden ist, und einen hydraulischen Speicher, der mit der Pumpe verbunden ist, umfassen, wobei das Verfahren Feststellen eines Betriebserfordernisses für einen Gangwechsel und Betreiben des Antriebsstrangs in einem Gangschaltungsergänzungsmodus durch Bewirken, dass die hydraulische Maschine bei Gangschaltungen Drehmoment an die Ausgangswelle anlegt, umfassen.
  • Das aktuelle Betriebserfordernis kann auf einem Ladungszustand des hydraulischen Speichers und/oder einem Ladungszustand des Schwungrads und/oder dem Betriebszustand des Antriebsaggregats und/oder einer Fahreranforderung basieren.
  • Das Getriebe kann ein automatisiertes Schaltgetriebe sein.
  • Das Antriebsaggregat kann ein Verbrennungsmotor sein, der Antriebsstrang kann weiterhin einen Startermotor für den Motor umfassen, und das Verfahren kann Feststellen eines aktuellen Betriebserfordernisses für Aufladen des Schwungrads und Betrieb des Antriebsstrangs in einem Schwungradaufladungsmodus durch Öffnen der ersten Kupplung, Wählen von Neutral in dem Getriebe, Einrücken der zweiten Kupplung und Anweisen des Startermotors, die Eingangswelle zu starten, wodurch Energie auf das Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem übertragen wird, umfassen.
  • Das Antriebsaggregat kann ein Verbrennungsmotor sein, der Antriebsstrang kann weiterhin einen Startermotor für den Motor umfassen, und das Verfahren kann Feststellen eines aktuellen Betriebserfordernisses für Aufladen des Schwungrads und Betrieb des Antriebsstrangs in einem Starteraufladungsmodus durch Schließen der ersten und der zweiten Kupplung, Wählen von Neutral im Getriebe, Sperren des Kraftstoffflusses zu dem Motor und Anlassen des Motors mit dem Startermotor, wodurch Energie von dem Startermotor durch das Getriebe auf das Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem übertragen wird, umfassen.
  • Der Antriebsstrang kann weiterhin einen Generator umfassen, der mit dem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann, und das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses für Generatorantrieb und Wählen eines Generatorantriebsmodus mit geringem Schadstoffausstoß durch Sperren des Antriebsaggregats, Öffnen der ersten Kupplung, Wählen von Neutral in dem Getriebe und Schließen der zweiten Kupplung, wodurch Energie von dem Schwungrad auf den Generator übertragen wird, umfassen.
  • Des Weiteren kann der Antriebsstrang einen Generator, der mit dem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann, und eine Batterie, die mit dem Generator verbunden ist, umfassen, und das Verfahren kann Feststellen eines Erfordernisses für emissionsfreies Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und Wählen eines emissionsfreien Fahrmodus, in dem der Generator und das Schwungrad in Kombination zum Antrieb der Eingangswelle verwendet werden, umfassen.
  • Es werden nunmehr einige Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm, das einen Teil von 1 in näherer Einzelheit zeigt;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Auf die 1 und 2 Bezug nehmend, weist ein Fahrzeug 1 einen 4-Zylinder-Verbrennungsmotor 2 und ein erstes und ein zweites Paar Räder 3A, 3B auf. In diesem Beispiel ist der Motor 2 zum Antrieb nur eines Paars Räder 3A angeordnet.
  • Der Motor 2 ist über eine elektro-hydraulische Kupplung 6 mit einem Ende einer Eingangswelle 4 eines automatischen Schaltgetriebes 5 verbunden. Sowohl das Getriebe 5 als auch die Kupplung 6 werden durch ein elektronisches Steuermodul (ECM – electronic control module) 7 gesteuert. In dem gezeigten Beispiel ist das andere koppel- bzw. entkoppelbare („distale”) Ende der Eingangswelle 4 ist mit einem Triebstrang 8 verbunden. Die Kupplungen können jedoch auch konzentrisch angeordnet sein. Die Eingangswelle 4 ist über einen (nicht gezeigten) Zahnradsatz mit einer Ausgangswelle 9 des Getriebes verbunden, um mehrere Gangstufen dazwischen bereitzustellen. Der Triebstrang 8 kann über eine zweite elektro-hydraulische Kupplung 11, ein stufenloses Getriebe 12 und ein Untersetzungsgetriebe 13 ein Hochgeschwindigkeitsschwungrad 10 antreiben und davon angetrieben werden. Eine Achsantriebseinheit 14 ist zwischen der Ausgangswelle 9 des Getriebes 5 und dem ersten Paar Rädern 3A verbunden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist das Schwungrad 10 eine maximale Betriebsdrehzahl von 60 000 U/min auf. Es versteht sich, dass der Begriff Hochgeschwindigkeitsschwungrad hier ein Schwungrad bedeutet, das eine maximale Betriebsdrehzahl hat, die ein Mehrfaches der maximalen Drehzahl des Motors 2 ist, um die Größe des Schwungrads 10 auf ein Minimum zu reduzieren, während eine bedeutende Menge an gespeicherter Energie bereitgestellt wird. Der Begriff Ladungszustand (SOC – state of charge), wie er hier in Bezug auf das Schwungrad verwendet wird, bedeutet die in dem Schwungrad 10 gespeicherte Energiemenge. Wenn das Schwungrad 10 stationär ist, weist es einen SOC von 0% auf, und wenn sich das Schwungrad 10 mit seiner maximalen Drehzahl dreht, weist es einen SOC von 100% auf.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Untersetzungsgetriebe eine Übersetzung von 8,31 zu 1 auf. Das heißt, das Schwungrad 10 dreht sich 8,31 mal schneller als die in das CVT 12 eintretende Welle.
  • Eine elektrisch betätigte Ölpumpe 15 führt dem CVT 12 druckbeaufschlagtes Öl zu. Das CVT 12 und die zweite Kupplung 11 werden auch von dem ECM 7 gesteuert. Das ECM 7 empfängt Eingangssignale von einem Motordrehzahlsensor 16, einem Schwungraddrehzahlsensor 17, einem Fahrpedalstellungssensor 18 und einem Bremspedalstellungssensor 19.
  • Die erste und die zweite Kupplung 6 und 11 werden von dem ECM 7 gesteuert, um mindestens einen geöffneten oder ausgerückten Zustand und einen geschlossenen oder eingerückten Zustand bereitzustellen.
  • Das ECM 7 ist zur Steuerung des Betriebs des Motors über eine ECU 20, des Getriebes 5, der ersten und der zweiten Kupplung 6 und 11, des CVT 12 und des Kraftflusses in das und aus dem Schwungrad 10 zur Bereitstellung eines mehrerer vordefinierter Betriebsmodi zum Erfüllen eines aktuellen Betriebserfordernisses angeordnet. Das ECM 7 empfängt verschiedene Fahreranforderungseingaben von Sensoren, wie zum Beispiel dem Brems- und dem Fahrpedalsensor 19 und 18, zusammen mit Eingaben, die aktuelle Betriebszustände, wie zum Beispiel Motordrehzahl von dem Drehzahlsensor 16, Schwungraddrehzahl von dem Drehzahlsensor 17 und Fahrzeuggeschwindigkeit von einem (nicht gezeigten) Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, anzeigen, und verwendet diese, um ein aktuelles Betriebserfordernis des Fahrzeugs zu bestimmen.
  • Bei einer Ausführungsform des ECMs 7 enthält es Logik auf Prioritätsgrundlage um auf Grundlage mehrerer Eingaben zu bestimmen, welcher Betriebsmodus ausgewählt werden soll, wenn das Betriebserfordernis durch mehr als einen Betriebsmodus erfüllt werden kann.
  • Da heißt, das ECM 7 ist zum Priorisieren der Betriebserfordernisse und Wählen eines Betriebsmodus zur Erfüllung des Erfordernisses mit der höchsten Priorität angeordnet. Es versteht sich, dass es mehrere Betriebsmodi geben kann, die ein Erfordernis erfüllen, und das ECM 7 den zum Erfüllen des aktuellen Erfordernisses am besten geeigneten auswählt.
  • Wann immer ein Vorwärtsgang im Getriebe 5 gewählt wird und die zweite Kupplung 11 geschlossen wird, kann Drehenergie zwischen den Rädern 3A und dem Schwungrad 10 übertragen werden.
  • Wenn alle beide Kupplungen 6 und 11 geschlossen sind, kann darüber hinaus Drehenergie zwischen dem Motor 2 und dem Schwungrad 10 übertragen werden.
  • Das CVT 12 kann herkömmlicher Art sein und seine Übersetzung wird auf herkömmliche Weise durch Betätigung von (nicht gezeigten) Magnetventilen, die den Ölfluss von der Pumpe 15 steuern, auf bekannte Weise verstellt. Die Aktivierung der Ventile wird von dem ECM 7 gesteuert. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das CVT 12 einen Übersetzungsbereich von 2,52 zu 1 bis 0,42 zu 1 auf.
  • Die Motorsteuereinheit (ECU – engine control unit) 20 steuert die Leistungsabgabe des Motors 2 und empfängt Signale von dem ECM 7 und von dem Fahrpedalstellungssensor 18.
  • Es werden nunmehr mehrere Modi und Betriebserfordernisse des Hybridfahrzeugs ausführlicher beschrieben.
  • Anfangs fährt das Fahrzeug 1 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit allein unter der vom Motor 2 zugeführten Energie, wobei die zweite Kupplung 11 geöffnet ist und ein anderer Gang als Neutral gewählt ist. Die Schwungraddrehzahl (wie von dem Drehzahlsensor 17 überwacht) beträgt null.
  • Dann stellt der Fahrer eine Verzögerungsanforderung, entweder allein durch Abheben seines Fußes von dem Fahrpedal oder durch Abheben und Niederdrücken des Bremspedals. Signale von dem Fahrpedalstellungssensor 18 und Bremspedalstellungssensor 19 informieren das ECM 7 über diese Anforderung. Als Reaktion überprüft das ECM 7 den SOC des Schwungrads 10, wobei sich herausstellt, dass der SOC 0% beträgt. Dies zeigt ein Betriebserfordernis zum Wiederaufladen des Schwungrads 10 an, denn wenn möglich, wird das Schwungrad 10 in einem hohen Ladungszustand gehalten. Dann betreibt das ECM 7 den Antriebsstrang in einem Energierückgewinnungsmodus und öffnet die Kupplung 6 zwischen dem Motor 2 und dem Getriebe 5, schließt die zweite Kupplung 11 und stellt die CVT-Übersetzung so ein, dass Energie von den sich drehenden Rädern 3A durch die Ausgangswelle 9, die Eingangswelle 4 und den Triebstrang 8 des CVT zum Schwungrad 10 übertragen werden kann. Dabei ist die Einganswelle 4 vom Motor 2 einerseits entkoppelt, andererseits (mit einem distalen Ende) mit dem Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem (Schwungrad 10) gekoppelt.
  • Somit dreht das Schwungrad 10 hoch, erhöht seinen SOC, wobei es kinetische Energie vom Fahrzeug aufnimmt und bewirkt, dass sich das Fahrzeug 1 verlangsamt. Das Öffnen der Kupplung 6 weist den Vorteil auf, dass dies zu einer Verringerung von parasitären Verlusten, die das Fahrzeug tendenziell verlangsamen, führt. Deshalb kann während dieses Manövers mehr Energie auf das Schwungrad 10 übertragen und darin gespeichert werden.
  • Wenn der Fahrer seinen Fuß vom Bremspedal nimmt, wird dieser Vorgang durch den Bremspedalstellungssensor 19 dem ECM 7 gemeldet. Als Reaktion darauf, rückt das ECM 7 die Kupplung 6 wieder ein und öffnet die zweite Kupplung 11, so dass das Hybridfahrzeug in einem normalen Antriebsmodus angetrieben wird. Die zu diesem Zeitpunkt in dem Schwungrad 10 gespeicherte Energiemenge ist eine Funktion seiner Drehzahl (wie durch den Drehzahlsensor 17 überwacht) und kann von dem ECM 7 berechnet werden, um seinen neuen SOC zu bestimmen.
  • Der Prozess des Speicherns von Energie in einer Energiespeichervorrichtung während eines Verzögerungsmanövers ist als Bremsen mit Energierückgewinnung bekannt. Die Energiespeichervorrichtung, das heißt in diesem Beispiel das Schwungrad 10, nimmt Energie auf, die ansonsten als durch Reibung in den Bremskomponenten erzeugte Wärme abgeführt werden würde.
  • Das ECM 7 ermittelt nun, ob das Fahrzeug nun allein durch Schwungradantrieb mit konstanter Geschwindigkeit fahren kann. Wenn ermittelt wird, dass die von der Bremsung mit Energierückgewinnung zurückgewonnene Energie den SOC des Schwungrads auf eine ausreichende Höhe erhöht hat, um zu gestatten, dass das Schwungrad alleine das Hybridfahrzeug antreibt, und immer noch ein Betriebserfordernis für Fahrzeugantrieb besteht, dann wählt das ECM 7 einen Betriebsmodus mit geringem Schadstoffausstoß. In diesem Betriebsmodus mit geringem Schadstoffausstoß rückt das ECM 7 die Kupplung 6 aus, schließt die zweite Kupplung 11, stellt eine angemessene CVT-Übersetzung ein und wählt einen geeigneten Gang im Getriebe 5. Nun dreht sich der Motor 2 mit Leerlaufdrehzahl, während das Schwungrad 10 allein die Räder durch das Getriebe 5 antreibt.
  • Wenn das ECM 7 durch Überwachung der Schwungraddrehzahl erfasst, dass das Schwungrad 10 seine Energie verbraucht hat (SOC = 0%), weist es die ECU 20 an, Leerlaufdrehzahl zu erhöhen, bis sie mit der Drehzahl der Eingangswelle 4 übereinstimmt, und rückt dann die Kupplung 6 wieder ein, um den normalen Fahrbetriebsmodus wieder einzurücken. Des Weiteren trennt es die zweite Kupplung 11, so dass die Räder 3A allein durch den Motor angetrieben werden können. Beschleunigen des Motors, um der Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes zu entsprechen, vor Wiedereinrücken der Kupplung 6 gewährleistet einen glatten Übergang vom Schwungradantriebsdrehmoment auf Motorantriebsdrehmoment. Die Drehzahl der Eingangswelle kann unter Kenntnis der Schwungraddrehzahl, des Untersetzungsverhältnisses und der CVT-Übersetzung (im ECM 7) berechnet werden.
  • Wenn in einem anschließenden Manöver der Fahrer eine Beschleunigungsanforderung stellt, indem er auf das Fahrpedal drückt, was ein aktuelles Betriebserfordernis für Fahrzeugbeschleunigung anzeigt, werden diese Anforderung und ihr Ausmaß von dem Fahrpedalstellungssensor 18 erfasst und an das ECM 7 weitergeleitet. Als Reaktion ermittelt das ECM 7, welchem Anteil der Beschleunigungsanforderung durch Abgabe von in dem Schwungrad 10 gespeicherter Energie entsprochen werden kann und wie viel durch eine Erhöhung der Motorleistung ergänzt werden muss.
  • Wenn die Anforderung relativ gering ist und ihr allein durch Abgabe von Schwungradenergie entsprochen werden kann, dann wählt das ECM 7 einen schadstoffarmen Beschleunigungsmodus, in dem sie die zweite Kupplung 11 wieder einrückt und die CVT-Übersetzung so einstellt, dass Energie über den Triebstrang 8 und die Ausgangswelle 9 von dem Schwungrad 10 auf die Räder 3A übertragen werden kann. Es wird von der ECU 20 keine Erhöhung der Motorleistung angefordert und im Getriebe 5 wird ein hoher Gang gewählt.
  • Wenn die Beschleunigungsanforderung relativ groß ist und das ECM 7 berechnet, dass sowohl Schwungradenergie als auch erhöhte Motorleistung zum Erfüllen der Anforderung erforderlich sind, wählt es einen Hochleistungsbeschleunigungsmodus und fordert von der ECU 20 an, die Leistungsabgabe des Motors entsprechend einzustellen. Des Weiteren schließt das ECM 7 (wie vorher) die Kupplung 11 und stellt das CVT 12 auf die angemessene Übersetzung ein. In diesem Fall weist es aber auch das Getriebe 5 an, einen niedrigeren Gang zu wählen.
  • Somit führen bei diesen beiden Beschleunigungsmanövern das Schwungrad 10 und der Motor 2 zusammen der Eingangswelle 4 und somit den angetriebenen Rädern 3A über die Ausgangswelle 9 und den Achsantrieb 14 ein Antriebsdrehmoment zu. Schließlich verlangsamt sich das Schwungrad 10, da seine zuvor gespeicherte Energie abgegeben wird, und wenn der SOC des Schwungrads 10 unter eine vorbestimmte Grenze oder auf 0% fällt, öffnet das ECM 7 die zweite Kupplung 11 und das Fahrzeug 1 kehrt zu seinem Antrieb durch allein den Motor in normalen Fahrmodus zurück.
  • Wenn der Motor 2 nicht läuft, aber ein Betriebserfordernis für seinen Betrieb vorliegt, dann kann ein rotierendes Schwungrad 10 zum Anlassen des Motors 2 verwendet werden. Somit kann die Ausführungsform der 1 und 2 vorteilhaft in einem Hybridfahrzeug mit Stopp-Start-Strategie-Betrieb integriert werden. Wenn zum Beispiel der Motor 2 abgeschaltet worden ist, um Kraftstoff zu sparen, während das Fahrzeug an einer Kreuzung stationär ist, und das Schwungrad 10 sich mit einem ausreichenden SOC dreht, dann kann das ECM 7, wenn wieder sicher angefahren werden kann, einen Schwungradstartbetriebsmodus wählen, und der Motor 2 kann durch Wählen von Neutral im Getriebe 5 und Schließen beider Kupplungen 6 und 11 angelassen werden. Durch Verwendung der zuvor im Schwungrad 10 gespeicherten Energie kann auf Verwendung von elektrischer Ladung von der Fahrzeugbatterie zum Starten des Motors 2 verzichtet werden. Nach einem so durchgeführten Start, muss der Motor 2 keine Energie zum Wiederauffüllen der Batterieladung bereitstellen. Somit liegt ein Kraftstoffeinsparungsgewinn vor.
  • Eine weitere Betriebsstrategie, die die Ausführungsform der 1 und 2 durchführen kann, ist wie folgt. Sie betrifft das Starten des Fahrzeugs 1, wenn der Motor 2 kalt ist und die Schwungraddrehzahl null ist. Das Ziel dieses bestimmten Kaltstartbetriebsmodus besteht darin, das Schwungrad 10 mit einer gewissen Drehenergie vorher aufzuladen, so dass das Schwungrad 10 den Motor 2 beim Anlassen des Fahrzeugs aus dem Stillstand und Erhöhen der Motorwarmlaufdrehzahl unterstützen kann.
  • Durch diese Fähigkeit wird ein Hybridfahrzeug mit kleinem Motor bereitgestellt, dessen Antriebskraft gleich der in einem mit einem größeren Motor ausgestatteten herkömmlichen Fahrzeug bereitgestellten ist. Der Motor 2 wird durch herkömmliche Mittel unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Batterie- und Startermotorkombination gestartet. Neutral wird durch das ECM 7 in dem Getriebe 5 gewählt und beide Kupplungen 6 und 11 werden durch das ECM 7 geschlossen.
  • Das ECM 7 weist die ECU 20 an, die Leerlaufdrehzahl des Motors zu erhöhen, und stellt die CVT-Übersetzung so ein, dass Energie von der rotierenden Eingangswelle 4 auf das Schwungrad 10 übertragen werden kann. Als Alternative dazu kann Motorlast durch Einstellen der (nicht gezeigten) Motordrossel in ihre weit geöffnete Stellung und Wählen einer geeigneten CVT-Übersetzung, um dem Schwungrad 10 zu ermöglichen, die überschüssige Motorenergie aufzunehmen, erhöht werden.
  • Somit wird der Motor zum Voraufladen des Schwungrads 10 auf eine (einen) vorbestimmte(n) Drehzahl/SOC verwendet. Die Motordrehzahl und die Schwungraddrehzahl werden durch die Sensoren 16, 17 überwacht und zu dem ECM 7 weitergeleitet. Wenn das Schwungrad 10 die vorbestimmte Solldrehzahl erreicht, kann die Motordrehzahl auf die normale Leerlaufdrehzahl zurück verringert (oder die Drossel geschlossen) werden.
  • Da der Motor beim Aufladen des Schwungrads belastet wird, das heißt mehr Arbeit leistet, als wenn er nicht mit dem Schwungrad verbunden wäre, erwärmt sich das Motorkühlmittel vorteilhafterweise schneller als das Abgasnachbehandlungssystem. Dies kommt der Kraftstoffökonomie zugute.
  • Wenn der Fahrer zum Abfahren bereit ist, das heißt das Betriebserfordernis für Fahrzeugbeschleunigung vorliegt, wählt das ECM 7 einen Doppelfahrbetriebsmodus und steuert die Kupplung 6 und das Getriebe 5 entsprechend und stellt die CVT-Übersetzung zurück, so dass die Energie des Schwungrads (zusammen mit zusätzlicher Antriebsenergie von dem Motor 2) über das Getriebe 5 und den Achsantrieb 14 auf die Räder 3 übertragen werden kann.
  • Es werden nunmehr weitere Betriebsmodi unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die mit den 2 und 3 gemeinen Komponenten tragen die gleichen Bezugszahlen.
  • Bei der alternativen Anordnung von 3 ist eine erste Kraftabnahmevorrichtung 21 mit dem Triebstrang 8 zwischen dem Getriebe 5 und der zweiten Kupplung 11 verbunden. Diese Vorrichtung 21 wird zum Antrieb von Zusatzvorrichtungen, wie zum Beispiel einer Lichtmaschine, eines Starter-Generators, eines Klimaanlagenkompressors, verwendet.
  • In 3 wird nur eine Zusatzvorrichtung, insbesondere eine Starter-Generator-Einheit 22, der Übersicht halber gezeigt. Die Starter-Generator-Einheit 22 ist mit der Fahrzeugbatterie 23 elektrisch verbunden. Die Generatorfunktion der Einheit 22 kann durch die Getriebeeingangswelle 4 angetrieben werden, die wiederum durch den Motor 2, das Schwungrad 10 oder durch beide angetrieben werden kann.
  • Die Starterfunktion der Einheit 22 kann zum Rückgewinnen gespeicherter elektrischer Energie von der Batterie 23 zum Anlassen des Motors 2 über die Getriebeeingangswelle 4 (Motorstartmodus) oder Hochdrehen des Schwungrads über den Triebstrang 8 (Schwungradwiederaufladungsmodus) verwendet werden.
  • Bei dieser alternativen Anordnung wird statt der Verwendung einer elektrischen Pumpe zur Zufuhr von Öl zu dem CVT 12 eine hydraulische Anordnung bereitgestellt. Diese hydraulische Anordnung weist eine Kombination aus Pumpe und Motor 25 auf, die mit der Ausgangswelle 9 und einem hydraulischen Speicher 24 antriebsverbunden ist. Zweckmäßigerweise kann die hydraulische Anordnung auch eine druckbeaufschlagte Hydraulikversorgung zur Betätigung der Kupplung 6 und der Gangwechsel- und -wahlmechanismen im Getriebe 5 bereitstellen.
  • Somit stellt die Ausgangswelle 9 des Getriebes die Energie zum Betrieb des hydraulischen Pumpmechanismus 25 bereit, um den hydraulischen Speicher 24 aufzuladen. Umgekehrt kann die Motorfunktion der hydraulischen Anordnung 24 zum Antrieb der Getriebeausgangswelle 9 durch Wiedergewinnen von druckbeaufschlagtem Fluid aus dem hydraulischen Speicher 24 verwendet werden.
  • Die oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Betriebsmodi können auch durch die Ausführungsform von 3 implementiert werden. Darüber hinaus kann die Ausführungsform von 3 die folgenden Strategien implementieren.
  • Wenn das Fahrzeug allein unter Schwungradantrieb läuft, kann der Motor 2 abgeschaltet und die Kupplung 6 ausgerückt werden. Da die Starter-Generator-Einheit 22 über die Eingangswelle 4 läuft, die in diesem Schwungrad-zu-Batterie-Aufladungsmodus von dem Schwungrad 10 angetrieben wird, wird die Batterie 23 immer noch aufgeladen, obgleich der Motor 2 abgeschaltet ist. Wenn das ECM 7 ermittelt, das ein Betriebserfordernis für die Ergänzung der Fahrzeugantriebskraft durch den Motor 2 besteht, wird ein Kraftübertragungsbetriebsmodus gewählt, und bei noch geöffneter Kupplung 6, weist es die ECU 20 an, den Motor 2 zu starten und seine Drehzahl so zu erhöhen, dass sie der der Getriebeeingangswelle 4 entspricht. Wenn dies erfolgt ist, schließt das ECM 7 die Kupplung 6 und öffnet die zweite Kupplung 11. Somit wird Antriebskraft fließend dem Motor 2 übergeben, der Motor liefert nun auch Antriebskraft an den Starter-Generator 22.
  • In einem Gangschaltergänzungsbetriebsmodus, der als Reaktion auf ein Betriebserfordernis für eine Änderung der Übersetzung des Getriebes 5 gewählt wird, wird die hydraulische Anordnung von dem ECM 7 angewiesen, eine Drehmomentergänzung zwischen Gangwechseln bereitzustellen, um die Drehmomentunterbrechung, die ansonsten auftreten würde, auszugleichen. Die Motorfunktion des hydraulischen Pumpmechanismus 25 legt eine geeignete Drehmomentgröße zu einem geeigneten Zeitpunkt an die Getriebeausgangswelle 9 an, um dies zu erreichen. Dies ist äußerst nützlich, wenn ein automatisiertes Schaltgetriebe verwendet wird, da es während eines Gangswechsels einen kurzen Zeitraum gibt, während dessen kein Antrieb übertragen werden kann.
  • Da die Starter-Generator-Einheit 22 das Schwungrad 10 antreiben kann oder von ihm angetrieben werden kann, kann sie dazu verwendet werden, das Schwungrad 10 auf innerhalb seines optimalen Betriebsbereichs hoch- oder herunterzudrehen.
  • Vorteilhafterweise kann die Starterfunktion dazu verwendet werden, das Schwungrad 10 vor dem Starten des Motors 2 und Anfahren aus dem Stillstand vorher aufzuladen. Somit wird die Starter-Generator-Einheit 22 als Alternative zu dem Verfahren des vorherigen Aufladens unter Verwendung des Motors (wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben) wie folgt in einem Schwungradaufladungsmodus eingesetzt.
  • Das ECM 7 öffnet die Kupplung 6 und wählt Neutral in dem Getriebe 5. Bei eingerückter zweiter Kupplung 11 weist das ECM 7 die Starter-Generator-Einheit 22 an, den Triebstrang 8 (unter Verwendung von elektrischer Energie von der Batterie 23) zu starten. Der Starter 22 führt den Startbetrieb des Schwungrads 10 weiter, bis es eine vorbestimmte Drehzahl erreicht, die von dem ECM 7 eingestellt ist und von dem Drehzahlsensor 17 überwacht wird. Wenn dieser Punkt erreicht ist, weist das ECM 7 die Startereinheit 22 an, den Startbetrieb zu enden.
  • Wenn das Schwungrad 10 die erforderliche Drehzahl erreicht hat, wählt das ECM 7 einen Motorstart- und kombinierten Antriebsmodus und weist die ECU 20 an, den Motor 2 zu starten, wählt einen Vorwärts-(oder Rückwärts-)Gang in dem Getriebe 5 und rückt die Kupplung 6 ein. Das Fahrzeug kann nun unter Motorenergie, die von der Schwungradenergie ergänzt wird, abfahren.
  • Dieser Vorgang des vorherigen Aufladens des Schwungrads 10 in einem stationären Fahrzeug kann auch durch Verwendung des (nicht gezeigten) Startermotors des Motors implementiert werden, der an einer herkömmlichen Stelle installiert ist, wodurch er den Motor direkt anlässt. In diesem Starteraufladungsmodus wird die Kupplung 11 geschlossen und Neutral gewählt, wie zuvor. Die Kupplung 6 wird geschlossen, der Motor aber anfangs daran gehindert, zu zünden, indem das Kraftstoffversorgungssystem gesperrt wird. Parasitäre Verluste können durch Schließen aller Tellerventile verringert werden. Des Weiteren können die Lichtmaschine, die Klimaanlagen- und andere Nebenaggregate während des Schwungradaufladungsvorgangs deaktiviert werden. Wenn die Schwungradsolldrehzahl erreicht ist, können die Nebenaggregate freigegeben werden und es kann dem Motor 2 gestattet werden, zu zünden.
  • In einem Nebenaggregatantriebsmodus kann dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat und der Motor abgeschaltet worden ist, das Schwungrad 10 sich aber immer noch mit überschüssiger Energie (hohem SOC), die während des vorhergehenden Antriebszyklus gespeichert worden ist, dreht, diese Energie wie folgt genutzt werden. Wenn zum Beispiel ein Klimaanlagenkompressor mit der ersten Kraftabnahmevorrichtung 21 verbunden ist, wobei die Kupplung 6 geöffnet, die zweite Kupplung 11 geschlossen und Neutral im Getriebe 5 gewählt ist, kann das Schwungrad die Klimaanlage des Fahrzeugs antreiben, bis ihre Geschwindigkeit schließlich auf null abfällt.
  • Als Alternative dazu kann die überschüssige Schwungradenergie in einem Batterieaufladungsmodus zum Laden der Batterie 23 über die Generatorfunktion der Starter-Generator-Einheit 22 verwendet werden. Die CVT-Übersetzung kann (durch das ECM 7) so gewählt werden, dass die Lichtmaschine oder die Klimaanlage mit ihren effizientesten Geschwindigkeiten betrieben werden.
  • In Fällen, in denen das Fahrzeug über längere Zeitdauern, zum Beispiel über Nacht, geparkt ist, kann das ECM 7 (zum Beispiel mit Hilfe eines Bordnavigationssystems) die jeweiligen Ladungszustände des Schwungrads 10 und der Batterie 23 bei Ankunft am Zielort vorhersagen. Dadurch kann die Nutzung jedes dieser Energiespeichermittel für maximale Kraftstoffeinsparung optimiert werden. Nehmen wir mal an, der Zielort befindet sich zum Beispiel am Fuße einer Anhöhe. Das ECM 7 gewährleistet, dass das Schwungrad 10 nach der Bergabverlangsamung zu einem Stillstand voll aufgeladen ist und dass sich die Batterie in einem niedrigen Ladungszustand befindet (durch Steuerung der Ladungsrate der Starter-Generator-Einheit 22). Während das Fahrzeug geparkt ist, wird die gespeicherte Schwungradenergie dann über die Generatorfunktion der Starter-Generator-Einheit 22 zu der Batterie 23 übertragen. Während dieses Vorgangs gewährleistet das ECM 7, dass die zweite Kupplung 11 geschlossen ist, die erste Kupplung 6 geöffnet ist und Neutral im Getriebe 5 gewählt ist. Dieser Schwungradentladungs-Batterieladungsbetriebsmodus nutzt die überschüssige Schwungradenergie, die ansonsten durch Reibung verloren werden würde, gut aus. Des Weiteren gewährleistet er, dass sich die Batterie 23 in einem guten Ladungszustand für ihren nächsten Gebrauch befindet.
  • Nach Beendigung der Energieübertragung kann das ECM 7 einen anderen Gang als Neutral zum Parken wählen (um die Feststellbremse beim Stationärhalten des Fahrzeugs zu unterstützen).
  • Bei einem anderen Betriebsmodus, der als „Burst and Cruise” (Stoß- und Ausrollbetrieb) bezeichnet wird, wird das Fahrzeug durch das Schwungrad 10 angetrieben, aber wenn der SOC des Schwungrads eine vorbestimmte untere Grenze erreicht, wählt das ECM 7 Neutral im Getriebe 5, startet den Motor 2 und betreibt ihn in einem optimierten Kraftstoffverbrauchs-/Emissionsstatus, wobei die erste und die zweite Kupplung 6 und 11 beide eingerückt sind, um das Schwungrad 10 wieder aufzuladen, und dann, sobald das Schwungrad 10 eine vordefinierte hohe SOC-Höhe erreicht hat, rückt das ECM 7 die erste Kupplung 6 aus, hält die zweite Kupplung 11 eingerückt, schaltet den Motor 2 aus und legt den zuvor eingelegten Gang ein.
  • Zusammengefasst stellt die Erfindung deshalb einen Triebstrang für ein Hybridfahrzeug bereit, der ermöglicht, die verschiedenen Triebstrangkomponenten auf optimierte Weise zu verwenden, um einem aktuellen Betriebserfordernis zu entsprechen, während Kraftstoffverbrauch und Emissionen aus dem Motor auf ein Minimum reduziert werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die erste Kupplung eine herkömmliche Kupplung, die an einem mit einer Kurbelwelle des Motors 2 verbundenen Schwungrad befestigt ist, und das automatisierte Schaltgetriebe ist auf bekannte Weise direkt am Motor befestigt und verwendet herkömmliche Komponenten, wodurch Kosten und Konstruktionszeit verringert werden.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform enthält der Antriebsstrang einen Generator, der mit dem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann, und eine Batterie, die mit dem Generator verbunden ist, und bei Feststellen eines Erfordernisses für emissionsfreies Fahren mit konstanter Geschwindigkeit wird ein emissionsfreier Fahrmodus gewählt, in dem der Generator und das Schwungrad in Kombination zum Antrieb der Eingangswelle verwendet werden, wobei der Generator zuvor in der Batterie gespeicherte elektrische Energie verwendet.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund dessen, dass das Schwungrad mit der Eingangswelle des Getriebes antriebsverbunden ist, weniger Spiel im Antrieb besteht, wodurch der Triebstrang optimiert und die Auswirkung von Aufprall- oder Stoßbelastung verringert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden automatisierte Handschaltgetriebe verwendet. Solche Getriebe sind bekannt. Siehe zum Beispiel das SAE Technical Paper 2004-01-3363.
  • Ein mit dieser Art von Getriebe ausgestattetes Fahrzeug weist kein Kupplungspedal auf, wobei die Kupplung durch ein elektro-hydraulisches Stellglied automatisch eingerückt und ausgerückt wird. Ein modifizierter Gangschalthebel ermöglicht einen Shift-by-wire-Betrieb, wodurch als Reaktion auf eine Fahrereingabe die Gänge im Getriebe gewählt und durch elektro-mechanische Stellglieder geschaltet werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Getriebe so angeordnet, dass Gangwahl und -schaltung von einem elektronischen Steuermodul anstatt vom Fahrer gesteuert werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch mit anderen Getriebearten verwendet werden könnte und nicht auf Verwendung mit einem automatisierten Schaltgetriebe beschränkt ist.
  • Die verwendeten Kupplungen sind vorzugsweise elektro-hydraulisch betätigte Kupplungen, die auf ein Steuersignal reagieren, das von einer am Fahrzeug vorgesehenen elektronischen Steuereinheit erzeugt wird.
  • Die Ausgangswelle des Getriebes kann zum Antrieb einer Vorderachse, einer Hinterachse oder sowohl der Vorder- als auch der Hinterachse angeordnet sein.
  • Durch Anlegen eines Antriebsdrehmoments von dem Antriebsaggregat und der Energiespeicher- und -rückgewinnungsvorrichtung an die gleiche Stelle (das heißt die Getriebeeingangswelle) wird Triebstrangspiel im Vergleich zu anderen bekannten Hybridfahrzeugarchitekturen auf ein Minimum reduziert.
  • Des Weiteren erleichtert die Erfindung Packungsbeschränkungen.
  • Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Erfindung zwar beispielhaft unter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden ist, sie aber nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass eine oder mehrere Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen oder alternativen Ausführungsformen durchgeführt werden könnten, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - SAE Technical Paper 2008-01-0083, 14.–17. April 2008 [0003]
    • - SAE Technical Paper 2004-01-3363 [0101]

Claims (17)

  1. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, der ein Antriebsaggregat (2), ein Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem (10) und ein Getriebe (5) umfasst, wobei das Energiespeicher- und -rückgewinnungssystem ein Hochgeschwindigkeitsschwungrad (10) ist, wobei das Getriebe eine Eingangswelle (4) und eine Ausgangswelle (9) aufweist, die mit der Eingangswelle antriebsverbunden ist, um mehrere Gangstufen bereitzustellen, und dahingehend betreibbar ist, dass mindestens ein Fahrzeugrad (3A) mit Antrieb zu beaufschlagen, wobei ein Ende der Eingangswelle (4) über eine erste Kupplung (6) mit dem Antriebsaggregat verbunden werden kann und ein distales Ende der Eingangswelle über eine zweite Kupplung (11) mit dem Schwungrad verbunden werden kann.
  2. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Antriebsstrang weiterhin ein stufenloses Getriebe (12) umfasst, das zwischen dem Schwungrad (10) und der zweiten Kupplung (11) angeordnet ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Antriebsstrang weiterhin eine Steuerung (7) zum Steuern des Betriebs des Antriebsaggregats, der ersten und der zweiten Kupplung (6, 11) und des Kraftflusses zu und von dem Schwungrad (10) umfasst.
  4. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Steuerung (7) dazu angeordnet ist, mindestens eine Eingabe, die eine Fahreranforderung (18, 19) anzeigt, zu empfangen und den Betrieb des Antriebsaggregats (2), der ersten und zweiten Kupplung (6, 11) und den Kraftfluss zu und von dem Schwungrad (10) auf Grundlage des aktuellen Zustands der Ladung des Schwungrads (10) und/oder des aktuellen Betriebszustands des Antriebsaggregats und/oder einer aktuellen Fahreranforderung zu steuern, um ein aktuelles Betriebserfordernis zu erfüllen.
  5. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Getriebe (5) ein automatisiertes Schaltgetriebe ist.
  6. Antriebsstrang nach Anspruch 5, wobei der Antriebsstrang weiterhin eine hydraulische Maschine (25), die mit der Ausgangswelle antriebsverbunden ist, und einen hydraulischen Speicher (24), der mit der hydraulischen Maschine (25) verbunden ist, umfasst, wobei die hydraulische Maschine (25) bei normalem Betrieb des Antriebsstrangs von der Ausgangswelle angetrieben wird, um den hydraulischen Speicher (24) aufzuladen, und die hydraulische Maschine dazu angeordnet ist, bei einem Gangwechselvorgang des Getriebes Hydraulikfluid von dem hydraulischen Speicher (24) zu erhalten, um den Kraftfluss zu dem mindestens einen angetriebenen Rad (3A) während des Gangswechsels aufrechtzuerhalten.
  7. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, wobei der Antriebsstrang weiterhin eine elektrische Maschine (22), die mit der Eingangswelle (4) antriebsverbunden ist, und eine Batterie (23), die mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist, umfasst, wobei die elektrische Maschine dazu angeordnet ist, von der Eingangswelle angetrieben zu werden, um die Batterie aufzuladen.
  8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, wobei, wenn erforderlich, die elektrische Maschine (22) dazu angeordnet ist, die Eingangswelle (4) unter Verwendung von in der Batterie (23) gespeicherter Energie anzutreiben.
  9. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei sowohl die erste als auch die zweite Kupplung (6, 11) geschlossen sind und sowohl das Antriebsaggregat (2) als auch das Schwungrad (10) zum Antrieb der Eingangswelle (4) zum Antrieb des Hybridfahrzeugs verwendet werden.
  10. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Antriebsaggregat (2) ein Verbrennungsmotor ist.
  11. Antriebsstrang nach Anspruch 10, wobei der Antriebsstrang einen Startermotor (22) zum Starten des Motors (2) enthält und der Startermotor zum Wiederaufladen des Schwungrads (10) gezielt verwendet wird.
  12. Hybridfahrzeug mit einem Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, wobei das Fahrzeug einen Antriebsstrang enthält, der ein Getriebe (5), ein Antriebsaggregat (2), das über eine erste Kupplung (6) mit einem Ende einer Eingangswelle (4) des Getriebes verbunden werden kann, eine Energiespeicher- und -rückgewinnungsvorrichtung (10) in Form eines Hochgeschwindigkeitsschwungrads, das über eine zweite Kupplung (11) mit einem distalen Ende der Eingangswelle verbunden werden kann, und eine Ausgangswelle (9), die mit der Eingangswelle antriebsverbunden ist, um mehrere Gangstufen bereitzustellen, und dahingehend betreibbar ist, mindestens ein Fahrzeugrad mit Antrieb zu beaufschlagen, umfasst, wobei das Verfahren Betreiben des Antriebsstrangs in einem mehrerer vordefinierter Betriebsmodi zur Erfüllung eines aktuellen Betriebserfordernisses umfasst, wobei das aktuelle Betriebserfordernis auf einem Zustand der Ladung des Schwungrads (10) und/oder dem Betriebszustand des Antriebsaggregats (2) und/oder einer Fahreranforderung (18, 19) basiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren weiterhin Priorisieren der Betriebserfordernisse und Wählen eines Betriebsmodus zur Erfüllung des Erfordernisses mit der höchsten Priorität umfasst.
  15. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, im Wesentlichen wie unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
  16. Hybridfahrzeug, im Wesentlichen wie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  17. Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, im Wesentlichen wie oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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