DE102011085201A1 - Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben derselben Download PDF

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Abstract

Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, mit einem die Elemente Hohlrad (9), Sonnenrad (10) und Steg (8) aufweisenden Planetengetriebe (4), wobei ein erstes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung einer Getriebeeingangswelle (11) eines Getriebes (3) dient, und wobei ein zweites Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung einer elektrischen Maschine (2) eines Hybridantriebs dient, mit einer Kupplung (5), und mit einem Schaltelement (6), über welches ein drittes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes in einer ersten Schaltstellung (A) an einen Verbrennungsmotor (1) des Hybridantriebs und in einer zweiten Schaltstellung (B) an eines der beiden anderen Elemente des Planetengetriebes (4) ankoppelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3, einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben derselben.
  • Aus der DE 199 34 696 A1 ist ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt, dessen Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst. Weiterhin umfasst der aus diesem Stand der Technik bekannte Antriebsstrang ein Getriebe, welches zwischen das Antriebsaggregat und einen Abtrieb des Antriebsstrangs geschaltet ist, wobei der Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine und das Getriebe über eine ein Planetengetriebe und eine Kupplung umfassende Vorrichtung aneinander gekoppelt sind. Das Planetengetriebe umfasst als Elemente ein Hohlrad, ein Sonnenrad sowie einen Steg, wobei zwei dieser drei Elemente des Planetengetriebes über die Kupplung koppelbar sind, die dann als Überbrückungskupplung dient. Ein solcher Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs wird auch als elektrodynamisches Antriebssystem bezeichnet.
  • Mit einem solchen Antriebssystem ist ein definierter Funktionsumfang an einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs realisierbar. Es besteht jedoch Bedarf, den Funktionsumfang eines solchen Antriebstrangs zu erweitern.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs sowie einen neuartigen Antriebstrang und Verfahren zum Betreiben derselben zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Hiernach umfasst die Vorrichtung ein Schaltelement, über welches ein drittes Element dieser Elemente des Planetengetriebes in einer ersten Schaltstellung an einen Verbrennungsmotors des Hybridantriebs und in einer zweiten Schaltstellung an eines der beiden anderen Elemente des Planetengetriebes ankoppelbar ist.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung kann ein elektrodynamisches Antriebssystem in seinem Funktionsumfang erweitert werden, nämlich dadurch, dass der Antriebsstrang durch Umschalten des Schaltelements zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung zwischen unterschiedlichen Konfigurationen und damit Betriebsmodi überführt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der in Anspruch 1 definierten Vorrichtung dient in der ersten Schaltstellung des Schaltelements das Planetengetriebe als Überlagerungsgetriebe und der Verbrennungsmotor des Hybridantriebs ist mit der elektrischen Maschine desselben und der Getriebeeingangswelle des Getriebes unter Bereitstellung eines EDA-Betriebsmodus gekoppelt, wobei in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das Planetengetriebe unter Bereitstellung eines ISG-Betriebsmodus derart überbrückt ist, dass alle drei Elemente desselben im Blockumlauf gleiche Drehzahlen aufweisen.
  • Vorzugsweise weist das Schaltelement eine dritte, neutrale Schaltstellung auf, in welcher das dritte Element des Planetengetriebes abgekoppelt ist, nämlich sowohl vom Verbrennungsmotor des Hybridantriebs als auch vom jeweiligen der beiden anderen Elemente des Planetengetriebes. Dann, wenn das Schaltelement zusätzlich zu der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung die dritte Schaltstellung aufweist, kann die elektrische Maschine quasi abgekoppelt werden, um zum Beispiel bei einer Konstantfahrt Nulllastverluste an der elektrischen Maschine zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst. Hiernach umfasst die Vorrichtung ein Schaltelement, über welches eine elektrische Maschine des Hybridantriebs in einer ersten Schaltstellung an ein drittes Element dieser Elemente des Planetengetriebes und in einer zweiten Schaltstellung direkt an die Getriebeeingangswelle eines Getriebes ankoppelbar ist.
  • Auch mit dieser Lösung kann ein elektrodynamisches Antriebssystem in seinem Funktionsumfang erweitert werden, nämlich dadurch, dass der Antriebsstrang durch Umschalten des Schaltelements zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung zwischen unterschiedlichen Konfigurationen und damit Betriebsmodi überführt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der in Anspruch 3 definierten Vorrichtung dient in der ersten Schaltstellung des Schaltelements das Planetengetriebe als Überlagerungsgetriebe und der Verbrennungsmotor des Hybridantriebs ist mit der elektrischen Maschine desselben und der Getriebeeingangswelle des Getriebes unter Bereitstellung eines EDA-Betriebsmodus gekoppelt, wobei in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements das Planetengetriebe unter Bereitstellung eines ISG-Betriebsmodus leer bzw. momentfrei mitläuft.
  • Vorzugsweise weist auch hier das Schaltelement eine dritte, neutrale Schaltstellung auf, in welcher die elektrische Maschine abgekoppelt ist, nämlich sowohl vom dritten Element des Planetengetriebes als auch von der Getriebeeingangswelle des Getriebes. Dann, wenn das Schaltelement zusätzlich zu der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung die dritte Schaltstellung aufweist, kann die elektrische Maschine vollständig abgekoppelt werden, um zum Beispiel bei einer Konstantfahrt Nulllastverluste an der elektrischen Maschine zu vermeiden.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in Anspruch 10 definiert. Erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind in den Patentansprüchen 11, 12, 13, 14 und 15 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer ersten Variante der Erfindung; und
  • 2 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer zweiten Variante der Erfindung.
  • 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Variante eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs zusammen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen solchen Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang der 1 einen Hybridantrieb bzw. ein Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor 1 und einer elektrischen Maschine 2 umfasst, wobei zwischen den Hybridantrieb bzw. das den Verbrennungsmotor 1 und die elektrischen Maschine 2 umfassende Antriebsaggregat und einen Abtrieb 7 ein Getriebe 3 geschaltet ist, welches vorzugsweise als automatisches Schaltgetriebe bzw. automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt ist. Zwischen das Antriebsaggregat bzw. den Hybridantrieb, der vom Verbrennungsmotor 1 und der elektrischen Maschine 2 bereitgestellt wird, und das Getriebe 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen solchen Antriebsstrang geschaltet, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest ein Planetengetriebe 4, eine Kupplung 5 und ein Schaltelement 6 umfasst.
  • Das Planetengetriebe 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung verfügt zumindest über die Elemente Steg 8, Hohlrad 9 und Sonnenrad 10, wobei ein erstes dieser drei Elemente des Planentengetriebes 4 in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der festen Anbindung einer Getriebeeingangswelle 11 des Getriebes 3 dient. Bei diesem ersten Element des Planetengetriebes 4, welches in 1 der festen Anbindung der Getriebeeingangswelle 11 des Getriebes 3 dient, handelt es sich in 1 um den Steg 8 des Planetengetriebes 4. In der Variante der 1 dient ein zweites Element der Elemente des Planetengetriebes 4 der festen Anbindung der elektrischen Maschine 2, wobei es sich bei diesem zweiten Element, welches der festen Anbindung der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs dient, in 1 um das Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 4 handelt.
  • Mithilfe des Schaltelements 6 ist ein drittes Element der Elemente des Planetengetriebes 4, in 1 das Hohlrad 9 des Planetengetriebes 4, zumindest zwischen zwei Schaltstellungen überführbar, wobei in einer ersten Schaltstellung A das dritte Element der Elemente des Planetengetriebes 4, in 1 das Hohlrad 9, an den Verbrennungsmotor 1 des Hybridantriebs ankoppelbar ist, und wobei in einer zweiten Schaltstellung B das dritte Element des Planetengetriebes 4, in 1 das Hohlrad 9, an eines der beiden anderen Elemente des Planetengetriebes 4 ankoppelbar ist, nämlich in 1 an das Sonnenrad 10.
  • Die Kupplung 5 ist gemäß 1 zwischen den Verbrennungsmotor 1 und die Getriebeeingangswelle 11 gekoppelt.
  • In der ersten Schaltstellung A des Schaltelements 6 dient das Planetengetriebe 4 als Überlagerungsgetriebe, wobei in der Schaltstellung A des Schaltelement 6 der Verbrennungsmotor 1 und die elektrische Maschine 2 mit der Getriebeeingangswelle 11 des Getriebes 3 unter Bereitstellung einer EDA-Konfiguration bzw. unter Bereitstellung eines EDA-Betriebsmodus gekoppelt ist, wobei der EDA-Betriebsmodus auch als Betriebsmodus eines elektrodynamischen Antriebssystems bezeichnet wird.
  • In der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements 6 ist das Planetengetriebe 4 unter Bereitstellung einer ISG-Konfiguration bzw. eines ISG-Betriebsmodus, der auch als Betriebsmodus eines integrierten Startergenerators bezeichnet wird, überbrückt, nämlich derart, dass sich das Planetengetriebe 4 in der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements 6 im Blockumlauf befindet, wobei dann alle drei Elemente des Planentengetriebes 4, also Steg 8, Hohlrad 9 und Sonnenrad 10, gleiche Drehzahlen aufweisen.
  • Durch Umschalten des Schaltelements 6 zwischen der Schaltstellung A und der zweiten Schaltstellung B ist demnach der Antriebsstrang der 1 zwischen einer EDA-Konfiguration in der Schaltstellung A und einer ISG-Konfiguration in der Schaltstellung B überführbar.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Anbindung von Verbrennungsmotor 1, elektrischer Maschine 2 und Getriebeeingangswelle 11 an die drei Elemente des Planetengetriebes 4 auch von der in der 1 gezeigten, bevorzugten Variante abweichen kann. So ist es im Unterschied zu 1 möglich, den Verbrennungsmotor 1 an das Sonnenrad und die elektrische Maschine 2 an das Hohlrad anzubinden.
  • Weiterhin kann im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Minus-Planetengetriebe auch ein Plus-Planetengetriebe Verwendung finden, wobei dann die elektrische Maschine vorzugsweise an das Sonnenrad, die Getriebeeingangswelle vorzugsweise an das Hohlrad und der Steg über ein Schaltelement umschaltbar zwischen dem Verbrennungsmotor und einem anderen Element des Planetengetriebes angebunden ist.
  • In der bevorzugten Variante der 1 umfasst das Schaltelement 6 neben der ersten Schaltstellung A zur Bereitstellung EDA-Betriebsmodus und der zweiten Schaltstellung B zur Bereitstellung des ISG-Betriebsmodus eine dritte, neutrale Schaltstellung O, in welcher das dritte Element des Planetengetriebes 4, in 1 das Hohlrad 9, freilaufend ist, also weder an den Verbrennungsmotor 1 noch an ein anderes der Elemente des Planetengetriebes 4 angekoppelt ist. In der Schaltstellung O wird durch ein sogenanntes Rastmoment der elektrischen Maschine 2 dieselbe bis zum Stillstand abgebremst. In der Schaltstellung O des Schaltelements 6 fallen an der elektrischen Maschine 2 keine Nulllastverluste an, die bei drehendem Rotor der elektrischen Maschine 2 entstehen würden. Bei langen Konstantfahrten mit geringem Bedarf an elektrischer Energie kann in der dritten, neutralen Schaltstellung O demnach die elektrische Maschine 2 quasi vom Antriebsstrang abgekoppelt werden. In der dritten Schaltstellung O verhält sich der Antriebsstrang der 1 wie ein konventioneller, verbrennungsmotorischer Antriebsstrang. Es sind dann keine Hybridfunktionen möglich.
  • Die dritte Schaltstellung O des Schaltelements 6 ist auch für einen Notbetrieb des Kraftfahrzeugs geeignet. Insbesondere verfügen als Synchronmaschinen ausgeführte, elektrische Maschinen bei sehr niedrigen Drehzahlen im sogenannten aktiven Kurzschluss über ein hohes Drehmoment, wodurch ein Anfahren bei inaktiver Drehfeldregelung unmöglich ist. In der dritten Schaltstellung O des Schaltelements 6 kann gewährleistet werden, dass die elektrische Maschine 2 nicht bremsend auf die Getriebeeingangswelle 11 wirkt und so das volle Moment des Verbrennungsmotors 1 auf die Getriebeeingangswelle 11 übertragen werden kann.
  • In der ersten Schaltstellung A ist in 1 das Hohlrad 9 des Planetengetriebes 4 an den Verbrennungsmotor 1 angebunden. Die elektrische Maschine 2 stützt das Drehmoment am Sonnenrad 10 ab und an der Getriebeeingangswelle 11 steht als Antriebsmoment ein Summenmoment aus dem vom Verbrennungsmotor 1 und der elektrischen Maschine 2 bereitgestellten Moment bereit, sodass demnach in der ersten Schaltstellung A das Planetengetriebe 4 als Überlagerungsgetriebe wirkt und in der ersten Schaltstellung A die Funktionalität eines EDA-Betriebsmodus bzw. die Funktionalität eines elektrodynamischen Antriebssystems zur Verfügung steht.
  • Die Kupplung 5, die zwischen den Verbrennungsmotor 1 und die Getriebeeingangswelle 11 geschaltet ist, wirkt als Überbrückungskupplung des Planetengetriebes 4. Durch Schließen der Kupplung 5 kann ein EDA-Betriebsmodus beendet werden. Im EDA-Betriebsmodus wird ein Fahrerwunschmoment über eine Drehmomentaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der elektrischen Maschine 2 aufgebracht.
  • In der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements 6 ist ein ISG-Betriebsmodus bereitstellbar, wobei in der Schaltstellung B das Planetengetriebe 4 überbrückt ist. Die elektrische Maschine 2 ist dann ohne Übersetzung durch das Planetengetriebe 4 mit der Getriebeeingangswelle 11 gekoppelt. In dieser zweiten Schaltstellung B bzw. im ISG-Betriebsmodus bzw. Betriebsmodus eines integrierten Startergenerators ist ein rein elektrisches Fahren mit einfach übersetzter elektrischer Maschine 2 möglich.
  • Dann, wenn eine Fahrgeschwindigkeit des Antriebsstrangs kleiner als ein Grenzwert ist oder das Fahrzeug bei Fahrgeschwindigkeit Null im Stillstand steht, nimmt das Schaltelement 6 die zweite Schaltposition B dann ein, wenn ein Ladezustand eines mit der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs zusammenwirkenden, elektrischen Energiespeichers, der in 1 nicht gezeigt ist, größer als ein Grenzwert ist. Dieser Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers ist so gewählt, dass eine rein elektrische Anfahrt aus dem Stillstand des Hybridfahrzeugs heraus möglich ist. Ansonsten nimmt das Schaltelement 6 die ersten Schaltposition A ein, um auch bei fast leerem elektrischen Energiespeicher verschleißfrei anfahren zu können, nämlich im EDA-Betriebsmodus.
  • Weiterhin nimmt das Schaltelement 6 die Schaltposition B und demnach ISG-Betriebsmodus zum Rekuperieren ein, also beim generatorischen Bremsen über die elektrische Maschine 2, damit der Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 5 abgekoppelt und abgeschaltet werden kann.
  • Die dritte, neutrale Schaltposition O nimmt das Schaltelement 6 vorzugsweise bei einer Konstantfahrt mit einer konstanten Fahrgeschwindigkeit ein, in welcher wenig generatorisch erzeugte, elektrische Energie erforderlich ist, um dann in der dritten, neutralen Schaltposition O des Schaltelements 6 Nullastverluste an der elektrischen Maschine 2 zu vermeiden.
  • Weiterhin kann die dritte Schaltposition O am Schaltelement 6 dann eingenommen werden, wenn ein Fehler im elektrischen System bezogen auf die elektrische Maschine 2 vorliegt, um einen Notbetrieb des Antriebsstrangs zu ermöglichen, so zum Beispiel einen konventionellen Fahrbetrieb über den Verbrennungsmotor 1 bei stillstehender, elektrischer Maschine 2.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs bzw. einer solchen Vorrichtung für einen Antriebsstrang, wobei die erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgend im Detail beschrieben werden.
  • Ein erstes, erfindungsgemäßes Verfahren betrifft eine Umschaltung für das Schaltelement 6 von der ersten Schaltposition A in die zweite Schaltposition B, und demnach einen Wechsel vom EDA-Betriebsmodus in den ISG-Betriebsmodus, bei anfänglich offener Kupplung 5. Im Ausgangszustand für dieses Verfahren ist demnach am Schaltelement 6 die Schaltposition A geschlossen, die Kupplung 5 ist geöffnet, wobei in diesem EDA-Betriebsmodus über das elektrodynamische Antriebssystem angefahren werden kann, bis sich am Planetengetriebe 4 ein Blockumlauf und demnach Drehzahlgleichheit der drei Elemente 8, 9, 10 des Planetengetriebes 4 einstellt. Die Kupplung 5 wird dann synchron geschlossen, wobei anschließend an der elektrischen Maschine 2 Last abgebaut wird, wobei vorzugsweise die elektrische Maschine 2 vollständig lastfrei gemacht wird und deren Last so weit wie möglich auf den Verbrennungsmotor 1 verlagert wird. Hierdurch wird das Schaltelement 6 bezogen auf die Schaltstellung A lastfrei, sodass die erste Schaltstellung A lastfrei ausgelegt werden kann, wobei dann das Schaltelement 6 die neutrale Schaltposition O einnimmt. Anschließend wird das Schaltelement 6 bezogen auf die zweite Schaltposition B in einem drehzahlgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 2 synchronisiert. Dann, wenn die Kupplung 5 geschlossen ist, ist das Schaltelement 6 bezogen auf die Schaltposition B bereits synchronisiert. An der Schaltposition B des Schaltelements 6 kann jedoch eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegen, wobei eines solche Zahn-auf-Zahn-Stellung durch entsprechende Anpassung der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 aufgelöst werden. Im synchronisierten Zustand der Schaltposition B kann dieselbe lastfrei eingelegt werden. Danach erfolgt vorzugsweise ein Lastaufbau an der elektrischen Maschine 2, zum Beispiel im generatorischen Betrieb derselben. Dieses erfindungsgemäße Verfahren verfügt über den Vorteil, dass sich keine Zugkraftunterbrechung am Abtrieb 7 ausbildet, da der Verbrennungsmotor 1 bei geschlossener Kupplung 5 an der Getriebeeingangswelle 11 ein Moment bereit stellen kann.
  • Ein Umschalten am Schaltelement 6 von der Schaltstellung A in die Schaltstellung B ohne Zugkraftunterbrechung bei anfänglich geöffneter Kupplung 5 ist dann erforderlich, wenn ein Übergang vom EDA-Kriechen ins rein elektrische Kriechen ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen soll. Dies kann zum Beispiel dann vorkommen, wenn über längere Zeit im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 über das elektrodynamische Antriebssystem ein Kriechen erfolgt und der in 1 nicht gezeigte elektrische Energiespeicher hinsichtlich seines Ladezustands zu voll wird. Beim elektrischen Kriechen in der Schaltposition B findet anschließend ein Kriechen im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 statt, sodass dann der der in 1 nicht gezeigte elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine 2 wieder stärker entladen wird. Um einen solchen Wechsel durchzuführen, ist im Ausgangszustand die Schaltposition A des Schaltelements 6 geschlossen, die Kupplung 5 geöffnet und der Verbrennungsmotor 1 läuft. Anschließend erfolgt ein Lastübergang von der elektrischen Maschine 2 auf die Kupplung 5, das heißt, dass der Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 5 das Antriebsmoment vollständig übernimmt. Bei relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten wird hierzu die Kupplung 5 schlupfend betrieben. Nach vollständigem Momentabbau an der elektrischen Maschine 2 ist das Schaltelement 6 bezogen auf die Schaltposition A lastfrei, sodass nachfolgend die erste Schaltposition A lastfrei ausgelegt werden kann, in dem das Schaltelement 6 in die dritte Schaltposition O überführt wird. Anschließend wird in einem drehzahlgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 2 das Schaltelement 6 bezogen auf die zweite Schaltposition B synchronisiert und anschließend die zweite Schaltposition B synchron eingelegt. Anschließend erfolgt ein Lastübergang von dem Verbrennungsmotor 1 auf die elektrische Maschine 2, d.h. an der elektrischen Maschine 2 wird Last aufgebaut und am Verbrennungsmotor 1 Last abgebaut. Die Kupplung 5 wird durch den Lastabbau am Verbrennungsmotor 1 lastfrei, sodass dann nachfolgend die Kupplung 5 vorzugsweise lastfrei geöffnet wird. Anschließend erfolgt ein rein elektrisches Kriechen, wobei der Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf laufen oder abgeschaltet werden kann.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren betrifft die Umschaltung des Schaltelements 6 von der Schaltposition B in die Schaltposition A bei geöffneter Kupplung 5, wobei hierbei im Ausgangszustand die zweite Schaltposition B des Schaltelements 6 geschlossen und die Kupplung 5 geöffnet ist. Um ausgehend von diesem Ausgangszustand vom ISG-Betriebsmodus in den EDA-Betriebsmodus zu wechseln, wird nachfolgend die elektrische Maschine 2 gegebenenfalls lastfrei gemacht, nämlich unter Ausbildung einer Zugkraftunterbrechung, wobei nachfolgend die Schaltposition B am Schaltelement 6 ausgelegt und dasselbe in die dritte Schaltposition O überführt wird. Anschließend wird in einem drehzahlgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 2 das Schaltelement 6 bezogen auf die Schaltstellung A synchronisiert, zum Beispiel auf eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 1, wobei anschließend die Schaltposition A lastfrei eingelegt wird und danach ein Betrieb im EDA-Betriebsmodus ermöglicht wird.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wechsel von der Schaltposition B in die Schaltposition A am Schaltelement 6 bei anfänglich geschlossener Kupplung 5, wobei in diesem Ausgangszustand, also im ISG-Betriebsmodus, die Kupplung 5 geschlossen und am Schaltelement 6 die zweite Schaltposition B eingelegt ist. Ausgehend von diesem Ausgangszustand wird zunächst die elektrische Maschine 2 vorzugsweise vollständig lastfrei gemacht und deren Last so weit wie möglich auf den Verbrennungsmotor 1 verlagert, um so die Schaltposition B des Schaltelements 6 lastfrei zu machen und im lastfreien Zustand die Schaltposition B des Schaltelements 6 auszulegen. Hierbei wird das Schaltelement 6 in die dritte bzw. neutrale Schaltposition O überführt, wobei nachfolgend im drehzahlgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 2 das Schaltelement 6 bezogen auf die erste Schaltposition A synchronisiert wird, nämlich auf die Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors 1. Sollte die Kupplung K1 geschlossen sein, so liegt an der Schaltposition A bereits synchron vor. Eine Zahn-auf-Zahn-Stellung an der Schaltposition A kann durch Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 aufgelöst werden. Darauffolgend wird die Schaltposition A lastfrei eingelegt. Die Last des Verbrennungsmotors 1 kann mithilfe der elektrischen Maschine 2 abgestützt werden, sodass die Kupplung 5 lastfrei wird. Ein hierzu erforderliches Verhältnis des vom Verbrennungsmotor 1 und der elektrischen Maschine 2 bereitgestellten Moments ist durch die Standgetriebeübersetzung des Planetengetriebes 4 festgelegt. Falls erforderlich, wird am Verbrennungsmotor 1 Last abgebaut, sodass das entsprechend reduzierte Moment des Verbrennungsmotors 1 durch die elektrische Maschine 2 abgestützt werden kann. Im lastfreien Zustand der Kupplung 5 kann diese lastfrei geöffnet werden, wobei nachfolgend ein Betrieb im EDA-Betriebsmodus erfolgt.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schaltverfahren zum Umschalten von der zweiten Schaltposition B in die erste Schaltposition A ohne Zugkraftunterbrechung bei anfänglich offener Kupplung 5, um ein Umschalten zum Beispiel ohne Zugkraftunterbrechung vom rein elektrischen ISG-Kriechen in das EDA-Kriechen zu gewährleisten. Dies kann erforderlich sein, wenn über längere Zeit elektrisch im ISG-Betriebsmodus ein Kriechen erfolgt und der nicht gezeigte elektrische Energiespeicher zu stark entladen wird. In diesem Fall muss dann in den EDA-Betriebsmodus gewechselt werden, um nachfolgend im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 2 zu kriechen und so den nicht gezeigten elektrischen Energiespeicher wieder stärker aufzuladen. Hierbei ist im Ausgangszustand des ISG-Betriebsmodus die Schaltposition B des Schaltelements 6 geschlossen, die Kupplung 5 ist geöffnet und der Verbrennungsmotor 1 läuft. Anschließend erfolgt ein Lastübergang von der elektrischen Maschine 2 auf die Kupplung 5, wobei der Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 5 das Antriebsmoment vorzugsweise vollständig übernimmt, und wobei hierzu bei relativ geringen Fahrgeschwindigkeiten die Kupplung 5 im Schlupf betrieben wird. An der elektrischen Maschine 2 erfolgt ein vollständiger Momentabbau, wobei hierdurch das Schaltelement 6 bezogen auf die zweiten Schaltposition B lastfrei wird, sodass die Schaltposition B lastfrei aufgelegt und das Schaltelement 6 in die dritte Schaltposition O überführt werden kann. Anschließend erfolgt über einen drehzahlgeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 2 eine Synchronisierung des Schaltelements 6 bezogen auf die Schaltposition A, wobei nachfolgend die erste Schaltposition A lastfrei eingelegt wird. Nachfolgend erfolgt an der elektrischen Maschine 2 ein Lastaufbau, nämlich derart, dass die Kupplung 5 lastfrei wird. Die elektrische Maschine 2 stützt hierzu das Moment des Verbrennungsmotors 1 so ab, dass kein Moment mehr über die Kupplung 5 geleitet wird. Das Moment des Verbrennungsmotors 1 wird hierbei so abgebaut, dass das Moment an der Getriebeeingangswelle 11 nicht ungewollt überhöht wird. Anschließend wird die Kupplung 5 geöffnet und ein EDA-Betrieb ermöglicht.
  • In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass es sich beim Schaltelement 5 um eine reibschlüssige Kupplung handelt. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass die Kupplung 5 als formschlüssige Kupplung, zum Beispiel als unsynchronisierte Klauenkupplung, ausgeführt ist. Dies kann aus Bauraumgründen und Kostengründen von Vorteil sein. Wenn die Kupplung 5 als formschlüssige Kupplung ausgeführt ist, können die meisten oben ausgeführten Funktionen realisiert werden, mit Ausnahme solcher Funktionen, in welchen ein schlupfender Betrieb der Kupplung 5 erforderlich ist. Gegebenenfalls kann hierzu ein Schaltelement des Getriebes 3 schlupfend betrieben werden.
  • Eine zweite Variante der Erfindung zeigt 2. In 2 dient ein erstes Element des Planetengetriebes 4 wiederum der festen Anbindung der Getriebeeingangswelle 11, wobei es sich in 2 bei diesem ersten Element des Planetengetriebes 4, welches der festen Anbindung der Getriebeeingangswelle 11 dient, wiederum um den Steg 8 des Planetengetriebes 4 handelt. In der Variante der 2 dient ein zweites Element der Elemente des Planetengetriebes 4 der festen Anbindung des Verbrennungsmotors 1, wobei es sich bei diesem zweiten Element in 2 um das Hohlrad 9 des Planetengetriebes 4 handelt. In der Variante der 2 ist die elektrische Maschine 2 mithilfe des Schaltelements 6 umschaltbar, nämlich zumindest zwischen der ersten Schaltstellung A, in welcher die elektrische Maschine 2 an ein drittes Element des Planentengetriebes 4 angekoppelt ist, in 2 an das Sonnenrad 10, und wobei in der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements 6 die elektrische Maschine 2 direkt an die Getriebeeingangswelle 11 des Getriebes 3 angekoppelt ist, also übersetzungsfrei.
  • Auch in der Variante der 1 dient die erste Schaltposition A des Schaltelements 6 der Bereitstellung einer EDA-Konfiguration bzw. eines EDA-Betriebsmodus für den gezeigten Antriebsstrang. Die zweite Schaltstellung B dient wiederum der Bereitstellung eines ISG-Betriebsmodus bzw. einer ISG-Konfiguration, wobei in 2 in der Schaltstellung B das Planetengetriebe 4 leer bzw. momentfrei mitläuft, nämlich bei geöffneter Kupplung 5. In der Variante der 2 ist die elektrische Maschine 2 umschaltbar zwischen dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 4 und der Getriebeeingangswelle 11, wobei die Getriebeeingangswelle 11 mit dem Steg 8 fest gekoppelt und der Verbrennungsmotor 1 mit Hohlrad 9 des Planetengetriebes 4 fest gekoppelt ist.
  • Diese Anbindung kann auch anders sein, so kann zum Beispiel der Verbrennungsmotor 1 am Sonnenrad und die elektrische Maschine 2 am Hohlrad des Planetengetriebes 4 angreifen. Ebenso ist es möglich, in 2 anstelle des gezeigten Minus-Planetengetriebes ein Plus-Planetengetriebe zu verwenden, wobei dann in der ersten Schaltposition A die elektrische Maschine 2 vorzugsweise am Sonnenrad, die Getriebeeingangswelle 11 vorzugsweise am Hohlrad, den Verbrennungsmotor 1 vorzugsweise am Steg des Planetengetriebes angebunden ist.
  • Bei der Variante der 2 können dieselben Verfahren wie bei der Variante der 1 zum Einsatz kommen, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    elektrische Maschine
    3
    Getriebe
    4
    Planetengetriebe
    5
    Kupplung
    6
    Schaltelement
    7
    Abtrieb
    8
    Steg
    9
    Hohlrad
    10
    Sonnenrad
    11
    Getriebeeingangswelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19934696 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, mit einem die Elemente Hohlrad (9), Sonnenrad (10) und Steg (8) aufweisenden Planetengetriebe (4), wobei ein erstes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung einer Getriebeeingangswelle (11) eines Getriebes (3) dient, und wobei ein zweites Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung einer elektrischen Maschine (2) eines Hybridantriebs dient, und mit einer Kupplung (5), gekennzeichnet durch ein Schaltelement (6), über welches ein drittes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes in einer ersten Schaltstellung (A) an einen Verbrennungsmotor (1) des Hybridantriebs und in einer zweiten Schaltstellung (B) an eines der beiden anderen Elemente des Planetengetriebes (4) ankoppelbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (6) das Planetengetriebe (4) als Überlagerungsgetriebe dient und der Verbrennungsmotor (1) des Hybridantriebs mit der elektrischen Maschine (2) desselben und der Getriebeeingangswelle (11) des Getriebes (3) unter Bereitstellung eines EDA-Betriebsmodus gekoppelt ist, und dass in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (6) das Planetengetriebe (4) unter Bereitstellung eines ISG-Betriebsmodus derart überbrückt ist, dass alle drei Elemente (8, 9, 10) im Blockumlauf desselben gleiche Drehzahlen aufweisen.
  3. Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, mit einem die Elemente Hohlrad (9), Sonnenrad (10) und Steg (8) aufweisenden Planetengetriebe (4), wobei ein erstes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung einer Getriebeeingangswelle (11) eines Getriebes (3) dient, und wobei ein zweites Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes der Anbindung eines Verbrennungsmotors (1) eines Hybridantriebs dient, und mit einer Kupplung (5), gekennzeichnet durch ein Schaltelement (6), über welches eine elektrischen Maschine (2) des Hybridantriebs in einer ersten Schaltstellung (A) an ein drittes Element dieser Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes und in einer zweiten Schaltstellung (B) an die Getriebeeingangswelle (11) eines Getriebes (3) ankoppelbar ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (6) das Planetengetriebe (4) als Überlagerungsgetriebe dient und der Verbrennungsmotor (1) des Hybridantriebs mit der elektrischen Maschine (2) desselben und der Getriebeeingangswelle (11) des Getriebes (3) unter Bereitstellung eines EDA-Betriebsmodus gekoppelt ist, und dass in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (6) das Planetengetriebe (4) unter Bereitstellung eines ISG-Betriebsmodus leer bzw. momentfrei mitläuft.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (6) eine dritte, neutrale Schaltstellung (O) aufweist, in welcher das dritte Element der Elemente (8, 9, 10) des Planetengetriebes und/oder die elektrische Maschine (2) des Hybridantriebs abgekoppelt ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (5) zwischen die Getriebeeingangswelle (11) und den Verbrennungsmotor (1) des Hybridantriebs geschaltet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Fahrgeschwindigkeit kleiner als ein Grenzwert oder Null ist und wenn weiterhin ein Ladezustand eines mit der elektrischen Maschine (2) des Hybridantriebs zusammenwirkenden elektrischen Energiespeichers größer als ein Grenzwert ist, das Schaltelement (6) die zweite Schaltstellung (B) einnimmt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rekuperieren das Schaltelement (6) die zweite Schaltstellung (B) einnimmt.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Fahrgeschwindigkeit in etwa konstant ist, das Schaltelement (6) die dritte Schaltstellung (O) einnimmt.
  10. Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, mit einem einen Verbrennungsmotor (1) und eine elektrische Maschine (2) umfassenden Hybridantrieb und mit einem Getriebe (3), gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. eines Antriebsstrangs mit einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Schaltelements (6) von der ersten Schaltstellung (A) in die zweite Schaltstellung (B) bei anfänglich geöffneter Kupplung (5) zunächst die Kupplung (5) vorzugsweise synchron geschlossen wird, anschließend die elektrische Maschine (2) vorzugsweise vollständig lastfrei gemacht und deren Last vollständig oder teilweise auf den Verbrennungsmotor (1) verlagert wird, darauffolgend die erste Schaltstellung (A) ausgelegt wird, anschließend über die elektrische Maschine (2) in einem drehzahlgeregelten Betrieb derselben das Schaltelement (6) bezogen auf die zweite Schaltstellung (B) synchronisiert wird und drauffolgend die zweite Schaltstellung (B) eingelegt wird.
  12. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. eines Antriebsstrangs mit einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Schaltelements (6) von der zweiten Schaltstellung (B) in die erste Schaltstellung (A) bei geöffneter Kupplung (5) zunächst die elektrische Maschine (2) vorzugsweise vollständig lastfrei gemacht wird, darauffolgend die zweite Schaltstellung (B) ausgelegt wird, anschließend über die elektrische Maschine (2) in einem drehzahlgeregelten Betrieb derselben das Schaltelement (6) bezogen auf die erste Schaltstellung (A) synchronisiert wird und darauffolgend die erste Schaltstellung (A) eingelegt wird.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. eines Antriebsstrangs mit einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Schaltelements (6) von der zweiten Schaltstellung (B) in die erste Schaltstellung (A) bei anfänglich geschlossener Kupplung (5) zunächst die elektrische Maschine (2) vorzugsweise vollständig lastfrei gemacht und deren Last vollständig oder teilweise auf den Verbrennungsmotor (1) verlagert wird, darauffolgend die zweite Schaltstellung (B) ausgelegt wird, anschließend über die elektrische Maschine (2) in einem drehzahlgeregelten Betrieb derselben das Schaltelement (6) bezogen auf die erste Schaltstellung (A) synchronisiert und dann die erste Schaltstellung (A) eingelegt wird.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. eines Antriebsstrangs mit einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Schaltelements (6) von der ersten Schaltstellung (A) in die zweite Schaltstellung (B) ohne Zugkraftunterbrechung bei anfänglich geöffneter Kupplung (5) zunächst von der elektrischen Maschine (2) bereitgestellte Last über die insbesondere schlupfend betriebene Kupplung (5) vollständig oder teilweise auf den Verbrennungsmotor (1) verlagert wird, anschließend die erste Schaltstellung (A) ausgelegt wird, darauffolgend über die elektrische Maschine (2) in einem drehzahlgeregelten Betrieb derselben das Schaltelement (6) bezogen auf die zweite Schaltstellung (B) synchronisiert wird, anschließend die zweite Schaltstellung (B) eingelegt wird, und darauffolgend an der elektrischen Maschine (2) Last aufgebaut sowie am Verbrennungsmotor (1) Last abgebaut wird, um nachfolgend die Kupplung (5) vorzugsweise lastfrei zu öffnen.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bzw. eines Antriebsstrangs mit einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des Schaltelements (6) von der zweiten Schaltstellung (B) in die erste Schaltstellung (A) ohne Zugkraftunterbrechung bei anfänglich geöffneter Kupplung (5) und laufendem Verbrennungsmotor (1) zunächst an der elektrischen Maschine (2) Last abgebaut und durch zumindest teilweises Schließen der Kupplung (5) über dieselbe Moment des Verbrennungsmotors (1) übertragen wird, darauffolgend die zweite Schaltstellung (B) ausgelegt wird, anschließend über die elektrische Maschine (2) in einem drehzahlgeregelten Betrieb derselben das Schaltelement (6) bezogen auf die erste Schaltstellung (A) synchronisiert und dann die erste Schaltstellung (A) eingelegt wird, und darauffolgend an der elektrischen Maschine (2) Last aufgebaut sowie am Verbrennungsmotor (1) Last abgebaut wird, um nachfolgend die Kupplung (5) vorzugsweise lastfrei zu öffnen.
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