DE102012203184A1

DE102012203184A1 - Vorrichtung, Verfahren und Computerprogramm zur Betätigung einer Trennkupplung

Info

Publication number: DE102012203184A1
Application number: DE102012203184A
Authority: DE
Inventors: Olaf Moseler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-05
Also published as: US8942902B2; CN103291779A; CN103291779B; US20130231836A1

Abstract

Ausführungsbeispiele betreffen ein Konzept zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat (110) und einem zweiten Antriebsaggregat (120) eines Hybridantriebs angeordneten und vermittels eines hydraulischen Betätigungselements (220; 310) betätigbaren Trennkupplung (115), um das erste Antriebsaggregat (110) mit einem nachfolgenden Antriebsstrang zu koppeln oder zu entkoppeln, vermittels eines Anpassens eines Getriebehydraulikdruckniveaus (p1) an ein zur Betätigung der Trennkupplung (115) benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p2) vermittels eines zwischen dem Betätigungselement (220; 310) und einer Hydraulikmittelversorgung für ein Getriebe (130) angeordneten Druckwandlers (230).

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen Vorrichtungen, Verfahren und Computerprogramme zur Betätigung einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat und einem zweiten Antriebsaggregat eines Hybridantriebs angeordneten Trennkupplung, wie sie insbesondere für Fahrzeuge mit Hybridantrieben eingesetzt werden können.
Unter einem Hybridantrieb versteht man einen Fahrzeugantrieb, der mehr als ein Antriebsaggregat bzw. eine Antriebsquelle aufweist. In der Regel ist dabei ein erstes Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor, wie z. B. ein Otto- oder Dieselmotor, während ein zweites Antriebsaggregat in der Regel als elektrische Maschine bzw. Elektromotor ausgebildet ist. Hybridantriebe lassen sich anhand verschiedener Faktoren in sogenannte Mikro-, Mild- bzw. Medium- und Voll-Hybridantriebe unterscheiden. Ein Voll-Hybridantrieb ermöglicht dabei ein Fahren mit ausschließlich dem Elektromotor als Antriebsquelle. Obwohl im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung insbesondere auf Voll-Hybridantriebe eingegangen wird, sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht ausschließlich auf Voll-Hybridantriebe beschränkt.
Abhängig von einer Anordnung und einer mechanischen Verbindung der beiden Antriebsaggregate kann man zwischen einem seriellen Hybridsystem und einem parallelen Hybridsystem unterscheiden. Bei einem seriellen Hybridsystem wird eine gesamte Leistung des Verbrennungsmotors über einen Generator in elektrische Energie umgewandelt, sodass der Antrieb des Fahrzeugs ausschließlich durch den vom Generator gespeisten Elektromotor erfolgt. Bei derzeitigen PKWs mit Voll-Hybridantrieb wird dagegen ein sogenanntes paralleles Hybridsystem eingesetzt. Dabei treiben der Verbrennungsmotor und der Elektromotor gemeinsam den Achsantrieb bzw. die Räder an. Der Elektromotor bezieht seine elektrische Energie aus einer Batterie, welche von dem Elektromotor bzw. der elektrischen Maschine selbst aufgeladen wird, indem sie während der Fahrt als Generator betrieben wird.
Die 1 zeigt dazu in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines herkömmlichen Antriebsstrangs 100 eines Vollhybrid-Fahrzeugs.
Der schematisch dargestellte Parallel-Hybridantrieb 100 weist eine serielle Anordnung eines Verbrennungsmotors (V-Motor) 110, einer als Motor-Starter-Generator ausgebildeten Elektromaschine (E-Maschine) 120 und eines abtriebsseitig mit einem Achsantrieb verbundenen Fahrgetriebes 130 auf. Zwischen dem Verbrennungsmotor 110 und der Elektromaschine 120 ist eine Trennkupplung (K0) 115 angeordnet, mit der es möglich ist, den Verbrennungsmotor 110 vom nachfolgenden Antriebsstrang zu trennen und somit in einen reinen Elektrofahrbetrieb zu wechseln. Der Antriebsstrang 100 umfasst ferner eine Anfahrkupplung 125, die zwischen den Elektromotor 120 und eine Getriebeeingangswelle 126 des Getriebes 130 gekoppelt ist. Die Anfahrkupplung 125 kann also eine Welle 121 des Elektromotors 120 mit der Getriebeeingangswelle 126 koppeln, sodass die Getriebeeingangswelle 126 mit dem Elektromotor 120 mittelbar über die Anfahrkupplung 125 gekoppelt ist. Dabei soll unter dem Begriff „Kopplung“ eine drehmomentübertragende Kopplung zwischen Elektromotor 120 und Getriebeeingangswelle 126 verstanden werden.
Die Trennkupplung (K0) 115 wird über eine Kupplungseingangswelle 111 von dem Verbrennungsmotor 110 angetrieben. Ausgangsseitig ist die Trennkupplung 115 mit der E-Maschinen-Welle 121 verbunden. Ein Starten des Verbrennungsmotors 110 kann über einen separaten Riemenstarter oder einen konventionellen Anlasser erfolgen. Der Verbrennungsmotor 110 kann jedoch auch über ein Schließen oder Anlegen der Trennkupplung (K0) 115 beschleunigt werden. In jedem Fall kann die Trennkupplung 115 spätestens dann komplett geschlossen werden, wenn der Verbrennungsmotor 110 die E-Maschinen-Drehzahl erreicht hat. Ab diesem Zeitpunkt ist der Verbrennungsmotor 110 mit dem nachfolgenden Antriebsstrang fest gekoppelt und kann somit sein Drehmoment zum Vortrieb des Fahrzeugs einspeisen.
Zur Betätigung der Trennkupplung 115 sind aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt. Zum einen kann die Trennkupplung 115 beispielsweise über einen Ausrückhebel betätigt werden, wobei ein elektromotorisch oder hydraulisch betätigter Stößel eine Kraft auf den Ausrückhebel ausüben kann. Alternativ ist eine Betätigung der Trennkupplung 115 über einen integrierten elektromagnetischen Aktuator denkbar. Ein derartiger Aktuator wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nicht weiter betrachtet. Des Weiteren ist eine Betätigung der Trennkupplung 115 über einen sogenannten konzentrischen Nehmerzylinder (Concentric Slave Cylinder, CSC) oder Zentralausrücker bekannt, wobei eine Betätigungskraft zur Betätigung der Trennkupplung 115 durch einen hydraulischen Druckaufbau im konzentrischen Nehmerzylinder erzeugt wird. Ein konzentrischer Nehmerzylinder fasst Ausrücker und Nehmerzylinder zu einer Einheit zusammen. Herkömmlichen mechanisch-hydraulischen Systemen gegenüber bietet der konzentrische Nehmerzylinder klare Vorteile in Design, Konstruktion, Instandhaltung und Betrieb.
Um die E-Maschine 120 in heutige Antriebsstränge zu integrieren, sollte ein Betätigungssystem für die Trennkupplung 115 sehr klein gebaut werden und idealerweise radial innerhalb der E-Maschine 120 angeordnet sein. Unter derartigen Voraussetzungen erscheinen Lösungen mit dem Ausrückhebel weniger attraktiv, weshalb sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit der Betätigung der Trennkupplung 115 über einen konzentrischen Nehmerzylinder beschäftigen.
Zum Erzeugen eines Betätigungsdrucks für die Trennkupplung 115, der bei klein bauenden Betätigungssystemen in einem Bereich von ca. 40 bar liegen kann, ist es bekannt, externe Hydraulik-Antriebsaggregate einzusetzen. Diese bestehen aus einem Geberzylinder, der in der Regel mit einem zu der E-Maschine 120 zusätzlichen Elektromotor betätigt wird. Hierfür ist zusätzlich eine Steuerelektronik erforderlich. Derartige Steller finden sich auch in verschiedenen automatisierten Schaltgetrieben. Diese bekannten Lösungen zur Erzeugung des Betätigungsdrucks für die Trennkupplung 115 verursachen allerdings hohe Kosten, hohes zusätzliches Gewicht und einen großen Bauraumbedarf.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Konzept zum Betätigen der Trennkupplung eines Hybridantriebs vorzuschlagen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen die Aufgabe durch eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm gemäß den unabhängigen und nebengeordneten Patentansprüchen.
Es ist ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Betätigung der Trenn- bzw. K0-Kupplung basierend auf einer Getriebehydraulik eines benachbart angeordneten Getriebes, insbesondere eines hydraulisch betätigten Getriebes, zu realisieren. Insbesondere bei einem sehr klein bauenden Betätigungssystem für die Trennkupplung ist ein benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau, d.h. ein für die Betätigung der Trennkupplung benötigtes Hydraulikdruckniveau, verschieden von einem durch das Getriebe bereitgestellten Getriebehydraulikdruckniveau. Demnach ist es ein weiterer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, zwischen einem Betätigungselement zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung und dem Getriebe einen Druckwandler vorzusehen, um das Getriebehydraulikdruckniveau an das zur Betätigung der Trennkupplung benötige Trennkupplungshydraulikdruckniveau anzupassen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen also vor, einen Druckwandler bzw. Druckumsetzer zwischen einer Hydraulikversorgung des Getriebes und dem Betätigungselement zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung zu integrieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat und einem zweiten Antriebsaggregat eines Hybridantriebs angeordneten und hydraulisch betätigbaren bzw. betätigten Trennkupplung vorgeschlagen, um das erste Antriebsaggregat mit einem nachfolgenden Antriebsstrang zu koppeln oder, um das erste Antriebsaggregat von dem Antriebsstrang zu entkoppeln. Die Vorrichtung umfasst ein Betätigungselement zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung und ein zwischen dem Betätigungselement und einer Hydraulikmittelversorgung für das Getriebe angeordneten Druckwandler, um ein Getriebehydraulikdruckniveau an ein zur Betätigung der Trennkupplung benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau anzupassen.
Bei dem ersten Antriebsaggregat bzw. der ersten Antriebsmaschine kann es sich um einen Verbrennungsmotor, wie z. B. einen Otto- oder Dieselmotor, handeln. Bei dem zweiten Antriebsaggregat kann es sich um eine elektrische Maschine handeln, insbesondere um einen Elektromotor oder eine als Motor-Starter-Generator ausgebildete Elektromaschine. Bei dem Getriebe handelt es sich um ein hydraulisch betätigtes Getriebe, z. B. also ein automatisiertes Schaltgetriebe, bei dem eine Betätigung einer Kupplung und ein Schalten der Gänge elektro-hydraulisch erfolgen. Das hydraulische Betätigungselement, welches auch als hydraulischer Trennkupplungsaktor bezeichnet werden kann, dient zur hydraulischen Betätigung einer Ausrückvorrichtung der Trennkupplung. Die Ausrückvorrichtung kann dabei wiederum einen verschiebbaren Kolben aufweisen, welcher über einen konzentrischen Nehmerzylinder (CSC) betätigt wird. Die Trennkupplung kann als Trockenkupplung, beispielsweise als Einscheiben-Trockenkupplung, ausgebildet sein, die eine Schwungscheibe, eine Druckplatte sowie ein Druckplattengehäuse aufweist. Vermittels der Trennkupplung wird das Motordrehmoment über die Schwungscheibe und die Druckplatte durch Reibung zur Kupplungsscheibe und damit auf eine Welle des V-Motors bzw. des E-Motors übertragen.
Die Aufgabe des hydraulischen Betätigungselements ist die Übertragung einer Ausrückkraft von einem feststehenden Hydraulikanschluss auf das Druckplattengehäuse. Ein Hydraulikanschluss des hydraulischen Betätigungselements ist dazu über den Druckwandler mit der Hydraulikversorgung des Getriebes gekoppelt.
In dem Getriebe bzw. Automatikgetriebe kann das Getriebehydraulikdruckniveau beispielsweise in einem Bereich zwischen 6 und 15 bar liegen. Das hydraulische Betätigungselement, das einen auf der Hochdruckseite des Druckwandlers angeordneten konzentrischen Nehmerzylinder zum Betätigen der Trennkupplung aufweisen kann, benötigt jedoch beispielsweise einen Druck bzw. ein Trennkupplungshydraulikdruckniveau in einem Bereich von ca. 20 bis 40 bar, sodass ein Verhältnis zwischen dem Trennkupplungshydraulikdruckniveau und dem Getriebehydraulikdruckniveau gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einem Bereich zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 8, liegen kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist das hydraulische Betätigungselement einen auf einer Hochdruckseite des Druckwandlers angeordneten Zentralausrücker bzw. konzentrischen Nehmerzylinder (CSC) zum Betätigen der Trennkupplung auf. Dabei kann das Betätigungselement ausgebildet sein, um den konzentrischen Nehmerzylinder mittels eines in dem Getriebe verwendeten Hydraulikmittels bzw. -fluids als Trennkupplungshydraulikmittel zu betätigen. In bekannten CSC-Systemen kommt Bremsflüssigkeit, insbesondere Flüssigkeiten auf Polyglykol- oder Silikonflüssigkeits- bzw. Mineralöl-Basis, als Übertragungsmedium zum Einsatz. Obwohl dies bei Ausführungsbeispielen grundsätzlich ebenfalls möglich wäre (zur Verwendung im Hochdruckzylinder), würde dies ein entsprechendes Abdichtungskonzept zwischen einem Getriebe- bzw. ATF-Öl (ATF = Automatic Transmission Fluid) und der Bremsflüssigkeit (CSC-Öl) erforderlich machen. Es erscheint daher sinnvoller, für die Betätigung des konzentrischen Nehmerzylinders ebenfalls das Getriebehydraulikfluid bzw. das ATF-Öl zu verwenden. In diesem Fall kann eine Abdichtung zwischen Niederdruck- und Hochdruckseite des Druckwandlers einfacher erfolgen.
Für eine Entriegelung der Trennkupplung (K0) kann es erforderlich sein, einen Ausrückweg der Trennkupplung zu ermitteln bzw. zu sensieren. Dazu kann die Vorrichtung zum Betätigen der Trennkupplung eine mit einer Hydrauliksteuerung gekoppelte Sensoranordnung aufweisen, um den Ausrückweg der Trennkupplung zu ermitteln und, um basierend auf dem ermittelten Ausrückweg das Getriebehydraulikdruckniveau zu steuern bzw. zu regulieren. Gemäß Ausführungsbeispielen kann dazu ein Signalgeber, z. B. ein Permanentmagnet, in bzw. an einem Kolben des Druckwandlers und ein Sensorelement an einer Außenwand des Druckwandlers, z. B. an einer Außenwand des Hochdruckzylinders, angebracht werden. Allerdings ist gemäß anderen Ausführungsformen auch eine Anbringung von Signalgeber und Sensorelement auf der Niederdruckseite des Druckwandlers möglich.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann der Hochdruckzylinder des Druckwandlers als separates Bauteil ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass der separate Hochdruckzylinder nahezu beliebig im Fahrzeug angebracht werden kann. Um zusätzliche Gehäusebauteile einzusparen, können aber auch sowohl ein eingangsseitiger Niederdruckzylinder als auch ein ausgangsseitiger Hochdruckzylinder des Druckwandlers in das Getriebe bzw. in das Getriebegehäuse integriert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann zur Ansteuerung des Niederdruckzylinders des Druckwandlers mit einem Hydraulikfluid ein proportional wirkendes und über ein Hydrauliksteuergerät gesteuertes Ventil, insbesondere inklusive eines Vorsteuerventils, vorgesehen sein. Das Vorsteuerventil kann entweder als Cartridge-Ventil oder als Pilotventil (elektrischer Drucksteller EDS) mit Nachfolgeschieber ausgeführt werden. Ein Cartridge-Ventil ist als Kolbenschieberventil aufgebaut. Das bedeutet, in einer cartridgeartigen, zentralen Buchse läuft in ihrer Längsrichtung ein Kolben, der durch seine Stellungen unterschiedliche Anschlüsse des Ventils unterschiedlich verbindet. Ein als Vorsteuerventil wirkendes Pilotventil benötigt eine relativ geringe Kraft, die beispielsweise auf einen Hydraulikkolben wirkt, um einen größeren Nachfolgeschieber betätigen zu können. Für den Nachfolgeschieber zur Ansteuerung des Niederdruckzylinders kann beispielsweise ein Proportionaldruck-Ventil verwendet werden, welches einen Druck im Niederdruckzylinder einstellt, der proportional zum Ventilstrom ist. Vorteilhaft kann jedoch auch ein proportional wirkendes Volumenstromventil eingesetzt werden, bei denen ein Volumenstrom des Hydraulikfluids proportional zum Ventilstrom eingestellt werden kann. Das Ventil kann direkt in das hydraulische Getriebesteuergerät integriert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Trennkupplung (K0) zwischen dem ersten und zweiten Antriebsaggregat eine im unbetätigten Zustand geschlossene („normally-closed“) Kupplung sein. Für einen rein elektrischen Fahrbetrieb sollte die Trennkupplung (K0) jedoch geöffnet bleiben. Bei einer „normally-closed“-Trennkupplung als Trennkupplung muss diese für den rein elektrischen Fahrbetrieb somit ständig betätigt bzw. bedruckt werden. Geht man davon aus, dass eine Getriebehydraulikpumpe mit dem zweiten Antriebsaggregat bzw. der E-Maschine gekoppelt ist und deshalb nur dann hydraulischen Druck liefert, wenn die E-Maschine läuft, entstünde dann ein Problem, wenn sich die E-Maschine nicht dreht und somit die Pumpe nicht antreiben kann. Dann könnte die Trennkupplung (K0) nicht bedruckt und somit auch nicht geöffnet werden. Daher sehen manche Ausführungsbeispiele vor, dass die Vorrichtung zum Betätigen der Trennkupplung eine unabhängig von dem ersten und/oder dem zweiten Antriebsaggregat elektrisch betriebene Hydraulikpumpe zur Her- bzw. Bereitstellung des Getriebehydraulikdruckniveaus aufweist.
Für ein Antriebssystem ohne eine elektrische Zusatzhydraulikpumpe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die E-Maschine initial bei einem Fahrzeugstart über eine entsprechend angepasste bzw. programmierte Steuereinrichtung drehen gelassen wird. Hierdurch kann der V-Motor anfangs über die „normally-closed“-Trennkupplung mitgezogen werden. Der V-Motor soll dabei während des Startvorgangs jedoch nicht zünden, wofür wiederum in einer entsprechend angepassten bzw. programmierten Motorsteuerung gesorgt werden kann. Sobald eine durch die sich drehende E-Maschine angetriebene Hydraulikpumpe ausreichend Druck erzeugt hat, kann die Trennkupplung (K0) geöffnet werden, sodass der V-Motor drehzahlmäßig wieder auf null U/min (Umdrehungen pro Minute) abfallen kann. Anschließend ist ein normaler elektrischer Fahrbetrieb möglich. Gemäß derartigen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung zum Betätigen der Trennkupplung also ausgebildet sein, um bei einem Fahrzeugstart die elektrische Maschine, insbesondere einen Motor-Starter-Generator, und damit über die unbetätigte Trennkupplung auch den Verbrennungsmotor in Drehung zu versetzen, ohne diesen zu zünden, bis das Getriebehydraulikniveau erreicht ist, um dadurch letztendlich die Trennkupplung für einen elektrischen Fahrbetrieb öffnen zu können.
Damit dieser Vorgang nur einmalig beim Fahrzeugstart erfolgt, sehen manche Ausführungsbeispiele vor, die Drehzahl der E-Maschine im weiteren Verlauf der Fahrt nicht mehr auf 0 U/min abzusenken (wie z. B. bei einem Fahrzeugstillstand an einer Ampel). Stattdessen kann die Vorrichtung zum Betätigen der Trennkupplung ausgebildet sein, um die E-Maschine auch bei Stillstand des Fahrzeugs weiter mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehen zu lassen, sodass durch die mit einer Hydraulikpumpe gekoppelte E-Maschine ein ausreichender Betätigungsdruck zum Betätigen der Trennkupplung bereitgestellt werden kann, um die „normally-closed“-Trennkupplung offen zu halten. Anfahr- und Rangiervorgänge würden dann über eine Anfahrkupplung im Getriebe gesteuert. In anderen Worten ausgedrückt kann die Vorrichtung kann also ausgebildet sein, um während eines Betriebs eines Fahrzeugs eine Drehzahl der elektrischen Maschine oberhalb einer Minimaldrehzahl zu halten, um während des Betriebs mittels einer von der elektrischen Maschine versorgten Hydraulikpumpe das Getriebehydraulikdruckniveau zum Betätigen der Trennkupplung stets aufrechtzuerhalten.
Die Drehzahl bzw. Minimaldrehzahl der elektrischen Maschine kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen temperaturabhängig unterschiedlich eingestellt werden. Bei niedrigen Temperaturen kann aufgrund einer im Allgemeinen geringen Hydraulikfluidleckage eine geringere Drehzahl ausreichen, wie z. B. 300 U/min bei 20°C. Bei höheren Temperaturen kann eine demgegenüber höhere Drehzahl bzw. Minimaldrehzahl eingestellt werden, wie z. B. 700 U/min bei 100°C Hydraulikfluidtemperatur. Je nach Auslegung der Trennkupplung (K0) kann zum Halten der Kupplung in geöffneter Stellung nicht der maximal mögliche Betätigungsdruck, sondern ein demgegenüber bis zu 50 % niedriger Betätigungsdruck ausreichen, sodass damit auch das (Minimal-)Drehzahlniveau der E-Maschine entsprechend abgesenkt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen aber auch eine Sperre in einer Hochdruckleitung vom Druckwandler zum konzentrischen Nehmerzylinder vorgesehen werden, welche elektrisch angesteuert verschlossen werden kann, wenn rein elektrisch gefahren werden soll. Bei derartigen Ausführungsformen kann man darauf verzichten, eine Hydraulikpumpe ständig über die E-Maschine anzutreiben. In anderen Worten ausgedrückt kann in einer Hochdruckleitung von dem Druckwandler zum Betätigungselement also ein steuerbares Sperrelement, z.B. ein Hochdruckventil, vorgesehen sein, um bei entsprechender Ansteuerung des Sperrelements unabhängig von einer Hydraulikpumpe das Trennkupplungshydraulikdruckniveau in der Hochdruckleitung aufrechtzuerhalten.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann es sich bei der Trennkupplung (K0) auch um eine im unbetätigten Zustand offene (sogenannte „normally open“) Kupplung handeln, die zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors an den Antriebsstrang betätigt bzw. bedruckt wird. Eine derartige „normally-open“-Trennkupplung könnte im reinen E-Maschinen-Betrieb drucklos bleiben. Erst wenn der V-Motor zugeschaltet werden soll bzw. wenn verbrennungsmotorisiert gefahren werden soll, kann die „normally-open“-Trennkupplung hydraulisch betätigt bzw. bedruckt werden. Beim Zuschalten des V-Motors liegt die Drehzahl der E-Maschine üblicherweise ohnehin oberhalb einer Leerlaufdrehzahl des V-Motors, sodass in diesem Fall ausreichend Druck bzw. Getriebehydraulikdruckniveau zur Betätigung der Trennkupplung vorhanden wäre.
Im V-motorischen Betrieb muss die Kupplung dauerhaft geöffnet bleiben. Da bei heutigen Hybridsystemen die Batterie nur eine geringe Energiekapazität aufweist, werden die Zeitanteile des V-motorischen Betriebs die Zeitanteile des E-motorischen Betriebs deutlich übersteigen. Das Prinzip der normally-open-Kupplung macht es erforderlich, dass diese im V-motorischen Betrieb ständig geschlossen gehalten werden muss. Hieraus resultiert, dass ständig eine große Kraft auf das Kupplungsausrücklager, auf welches der CSC wirkt, ausgeübt wird, Zur Reduktion der Belastung des Ausrücklagers und zur Ermöglichung eines möglichst niedrigen Systemdruckniveaus in der Getriebehydraulik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das K0-Moment bzw. Trennkupplungsmoment im V-motorischen Betrieb dem V-Motor-Moment nachzuführen. Das heißt, dass der Hydraulikdruck im Druckwandler und damit der Druck im CSC und damit letztendlich die Kraft am Kupplungsausrücklager immer nur so hoch gewählt wird, dass die Reibkraft an der Kupplung ausreicht, um das Drehmoment des Verbrennungsmotors zu übertragen. Um ein leichtes Durchrutschen insbesondere bei einem Lastanstieg zu vermeiden, kann das Druckniveau aber auch leicht gegenüber dem Druck, der erforderlich wäre, um das Moment zu übertragen, erhöht werden. Aber auch ein Betrieb direkt an der Rutschgrenze kann vorteilhaft sein, um ggf. Momentenungleichförmigkeiten, die aus dem impulsartigen Verlauf der Verbrennung des V-Motors resultieren, wegzuschlupfen, um somit Antriebsstrangschwingungen und damit störende Brummgeräusche zu vermeiden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat (z. B. V-Motor) und einem zweiten Antriebsaggregat (z. B. E-Maschine) eines Hybridantriebs angeordneten und mittels eines hydraulischen Betätigungselements betätigbaren Trennkupplung, um das erste Antriebsaggregat mit einem nachfolgenden Antriebsstrang zu koppeln oder zu entkoppeln. Das Verfahren weist dabei einen Schritt des Anpassens eines Getriebehydraulikdruckniveaus an ein zur Betätigung der Trennkupplung benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau mittels eines zwischen dem Betätigungselement und einer Hydraulikmittelversorgung für das Getriebe angeordneten Druckwandlers auf.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Steuerung einer mit einem Druckwandler gekoppelten Hydraulikpumpe bereitgestellt, sodass ein Hydraulikdruckniveau eine Getriebeumgebung an ein zur Betätigung einer Trennkupplung benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau mittels des Druckwandlers angepasst werden kann, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente, wie z.B. einem Hydrauliksteuergerät, abläuft.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erlauben es, ein Betätigungssystem für eine Trennkupplung (K0) eines Hybridantriebs vorteilhaft sehr klein bauen zu können und dieses somit idealerweise radial innerhalb der E-Maschine des Hybridantriebs anordnen zu können. Die aus der kleinen Bauweise resultierenden geringen Wirkflächen des hydraulischen Betätigungssystems benötigen ein vergleichsweise hohes Trennkupplungshydraulikdruckniveau, welches erfindungsgemäß über den Druckwandler und die Getriebehydraulik bereitgestellt werden kann. Der Druckwandler kann zumindest teilweise in das Getriebe integriert werden, sodass zusätzliche platzraubende Gehäusebauteile für das Betätigungssystem der Trennkupplung entfallen können.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines herkömmlichen Hybrid-Antriebsstrangs;
2 eine schematische Darstellung eines Hybrid-Antriebsstrangs mit einer Vorrichtung zum Betätigen der Trennkupplung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Prinzipskizze eines möglichen hydraulischen Druckübersetzers; und
4 eine Prinzipskizze eines hydraulischen Druckübersetzers mit Druckausgleichs- und Entlüftungsbohrungen, sowie einem Wegesensor zur Ermittlung eines Trennkupplungsausrückweges.
In der nachfolgenden exemplarischen Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile bzw. Komponenten.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybrid-Antriebsstrangs 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der in 2 dargestellte Hybrid-Antriebsstrang 200 unterscheidet sich von dem bereits anhand der 1 beschriebenen herkömmlichen Hybrid-Antriebsstrang 100 durch eine Vorrichtung 210 zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat 110, wie z. B. einem V-Motor, und einem zweiten Antriebsaggregat 120, wie z. B. einer E-Maschine, angeordneten Trennkupplung (K0) 115, welche zur Betätigung ein von einem Getriebehydraulikdruckniveau p₁ eines hydraulisch betätigten Getriebes 130 abweichendes Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ erfordert. Systematisch ist die Vorrichtung 210 also zwischen dem Getriebe 130 und der Trennkupplung 115 angeordnet. Gemäß Ausführungsbeispielen kann sie dazu ganz oder zumindest teilweise in das Getriebe 130 bzw. dessen Gehäuse integriert werden. Die Vorrichtung 210 umfasst ein Betätigungselement bzw. ein hydraulisches Stellglied 220 zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung 115 bzw. zur Betätigung deren Zentralausrückers bzw. CSC. Ferner weist die Vorrichtung 210 einen zwischen dem Betätigungselement 220 und einer Hydraulikfluid- bzw. Hydraulikmittelversorgung des Getriebes 130 angeordneten Druckwandler 230 auf, um das Getriebehydraulikdruckniveau p₁ an das zur Betätigung der Trennkupplung 115 benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ anzupassen. Das Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ kann dabei prinzipiell sowohl niedriger als auch höher als das Getriebehydraulikdruckniveau p₁ liegen, wobei aufgrund des bevorzugten geringen Bauraums des hydraulischen Betätigungselements 220 und damit aufgrund dessen kleinen Wirkflächen das Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ im Allgemeinen größer sein wird als das Getriebehydraulikdruckniveau p₁.
Die 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Druckwandlers 230, um ein eingangs- bzw. niederdruckseitiges Getriebehydraulikdruckniveau p₁ an ein zur Betätigung der Trennkupplung 115 benötigtes ausgangs- bzw. hochdruckseitiges Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ anzupassen, um mittels des Trennkupplungshydraulikdruckniveaus p₂ einen Zentralausrücker 310 bzw. CSC der Trennkupplung 115 zu betätigen. Das Betätigungselement 220 umfasst also einen auf der Hochdruckseite des Druckwandlers 230 angeordneten konzentrischen Nehmerzylinder 310 zum Betätigen der Trennkupplung auf. Der Druckwandler 230 umfasst getriebeseitig einen Niederdruckzylinder 231 und trennkupplungsseitig einen Hochdruckzylinder 232. Zwischen dem Niederdruckzylinder 231 und dem Hochdruckzylinder 232 befindet sich ein Kolben 233, welcher auf seiner Niederdruckseite eine Kolbenfläche A₁ und hochdruckseitig eine Kolbenfläche A₂ < A₁ aufweist. Eine niederdruckseitig auf den Kolben 233 ausgeübte Kraft F₁ = p₁ × A₁ muss mit einer hochdruckseitigen Kraft F₂ = p₂ × A₂ übereinstimmen, d.h. p₁ × A₁ = p₂ × A₂. Daher erhält man für das Verhältnis der Drücke p₁/p₂ beim Druckwandler 230: p₁/p₂ = A₂/A₁. Das Verhältnis von Getriebehydraulikdruckniveau p₁ zu Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ verhält sich also reziprok zu dem Verhältnis der Kolbenflächen A₁, A₂. Dies soll anhand folgender Beispielrechnung erläutert werden: Bei einer Betätigungsfläche A₂ für den konzentrischen Nehmerzylinder 310 von 400 mm² und einem maximal erforderlichen Betätigungsdruck für den konzentrischen Nehmerzylinder von 40 bar ergibt sich bei einem minimalen verfügbaren Druck im Getriebe von 6 bar ein Druckverhältnis von 40 bar/6 bar = 6,66. Das Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ ist also bei Ausführungsbeispielen derart höher als das Getriebehydraulikdruckniveau p₁, dass ein Verhältnis zwischen dem Trennkupplungshydraulikdruckniveau und dem Getriebehydraulikdruckniveau in einem Bereich zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 8 liegt. Aus einem Druckverhältnis p₂/p₁ = 6,66 resultiert eine Betätigungsfläche A₁ im Niederdruckzylinder 231 von A₂ × 6,66 = 400 mm² × 6.66 = 2.666 mm². Daraus resultiert ein Durchmesser für den Niederdruckzylinder 231 von ca. 60 mm. Bei einem maximal erforderlichen Volumenstrom für den konzentrischen Nehmerzylinder 310 von 3,5 l/min ergibt sich ein maximal benötigter Volumenstrom für den Niederdruckzylinder zu 3,5 l/min × 6,66 = 23,3 l/min.
Grundsätzlich liegen diese lediglich beispielhaften Werte (6 bar Druck und 23,3 l/min Volumenstrom im getriebeseitigen Niederdruckzylinder 231) in einem Bereich, sodass sie von in typischen Automatikgetrieben 130 integrierten Hydrauliksystemen bedient werden können. Der maximale niederdruckseitige Volumenstrom von 23,3 l/min wird im Niederdruckzylinder 231 aber in der Regel nicht immer benötigt.
In herkömmlichen CSC-Systemen kommt oftmals Bremsflüssigkeit als Übertragungsmedium zur Betätigung des konzentrischen Nehmerzylinders bzw. CSC 310 zum Einsatz. Der Einsatz von Bremsflüssigkeit im Hochdruckzylinder 232 des Druckwandlers 230 wäre prinzipiell auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, jedoch würde dies ein entsprechendes Abdichtungskonzept zwischen einem niederdruckseitigen Getriebehydrauliköl (ATF-Öl) und der hochdruckseitigen Bremsflüssigkeit bzw. dem CSC-Öl erforderlich machen. Insbesondere aus Kostengründen kann es daher sinnvoller sein, für die Betätigung des CSC 310 sowohl niederdruck- als auch hochdruckseitig das bereits vom Getriebe 130 verwendete Hydraulikmedium (ATF-Öl) zu verwenden. In diesem Fall kann eine Abdichtung zwischen Niederdruckseite und Hochdruckseite des Druckwandlers 230 einfacher erfolgen. Das Betätigungselement 220 kann also ausgebildet sein, um den konzentrischen Nehmerzylinder 310 vermittels eines in dem Getriebe 130 verwendeten Hydraulikfluid als Trennkupplungshydraulikfluid zu betätigen. Allerdings soll das Abdichtungskonzept im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht weiter verfolgt werden.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen systematisch zwischen Getriebe 130 und Trennkupplung 115 platzierten Druckwandler 230 gemäß der vorliegenden Erfindung. In Bezug auf eine Entlüftung und einen Verschleißausgleich kann im trennkupplungsseitigen Hochdruckbereich, d. h. im Hochdruckzylinder 232, wenigstens eine Schnüffelbohrung 410 vorgesehen werden, welche den Hochdruckzylinder 232 mit einem Ausgleichsbehälter 412 für das hochdruckseitige Hydraulikfluid verbindet. Die Schnüffel- bzw. Ausgleichsbohrung 410 verbindet den Druckraum des Hochdruckzylinders 232 mit dem Hydraulikfluid-Ausgleichsbehälter 412, sodass über die Schnüffelbohrung 410 im Ruhezustand des Kolbens 233, d. h. bei unbetätigtem Druckwandler 230, ein Druck- und Volumenausgleich, z. B. infolge von Temperaturschwankungen, stattfinden kann. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn der Druckwandler bzw. -übersetzer 230 im Fahrzeug derart angebracht ist, dass Luft aus dem CSC 310 nach oben zum Druckwandler 230 geleitet wird. Typischerweise kann eine Steigung vom CSC 310 zum Druckwandler 230 von mindestens 5° berücksichtigt werden. Das bedeutet beispielsweise, dass eine gemeinsame Achse von Druckwandler 230 und CSC 310 mit einer Horizontalen betragsmäßig einen Winkel von wenigsten 5° einschließt, sodass Luft vom CSC 310 über eine Hochdruckleitung nach oben zum Hochdruckzylinder 232 des Druckwandlers 230 geleitet werden kann.
Auf der Niederdruckseite des Druckwandlers 230, d. h. auf der Seite des Niederdruckzylinders 231, kann eine Entlüftung direkt in das in der 4 nicht explizit dargestellte Getriebe 130 bzw. in dessen Getriebesumpf erfolgen. Hierzu kann beispielsweise auf der Niederdruckseite des Druckwandlers 230 in der Mantelfläche des Niederdruckzylinders 231 eine kleine Entlüftungsbohrung 414 vorgesehen werden. Zusätzlich kann in einem hinter einer Niederdruckkolbenwirkfläche 418 liegendem Teil des Niederdruckzylinders 231 eine Ausgleichsbohrung mit einem größeren Durchmesser, wie z. B. 10 mm, vorgesehen sein, damit sich hinter dem Kolben 233 bzw. dessen Niederdruckkolbenwirkfläche 418 durch die axiale Kolbenbewegung kein Über- bzw. Unterdruck aufbauen kann.
Für eine Regelung der Trennkupplung (K0) 115 kann es vorteilhaft sein, einen Ausrückweg der Trennkupplung 115 zu sensieren. Dies kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beispielsweise im Hochdruckzylinder 232 erfolgen, welcher für den konzentrischen Nehmerzylinder bzw. CSC 310 wiederum als Geberzylinder wirkt. Die Vorrichtung 200 zum Betätigen der Trennkupplung kann also gemäß manchen Ausführungsbeispielen eine mit einer (in 4 nicht näher dargestellten) Hydrauliksteuerung gekoppelte Sensoranordnung 420 aufweisen, um einen Ausrückweg der Trennkupplung 115 zu ermitteln und, um basierend auf dem ermittelten Ausrückweg, das Getriebehydraulikdruckniveau p₁ zu steuern. Die Sensoranordnung 420 kann dazu beispielsweise an dem Hochdruckzylinder 232 des Druckwandlers 230 angeordnet sein. Andere Ausführungsbeispiele können auch eine Anbringung der Sensoranordnung 420 auf der Niederdruckseite des Druckwandlers 230 vorsehen.
Die Sensoranordnung 420 kann einen Gebersensor 421, z.B. in Form eines Permanentmagneten im bzw. am Kolben 233, und einen Empfängersensor 422 an der Außenwand des Hochdruckzylinders 232 umfassen. Der Empfängersensor 422 dient dabei zur Messung eines in der 4 nicht eingezeichneten Magnetfeldes, welches von dem Gebersensor bzw. Permanentmagneten 421 am axial verschiebbaren Kolben 233 ausgeht. Um einen Verschiebeweg des Druckwandlerkolbens 233 zu messen, ist der Gebersensor bzw. der Permanentmagnet 421 am Kolben 233 – und damit axial verschiebbar – angeordnet. Der Gebersensor 421 erzeugt dabei ein Magnetfeld und/oder eine Magnetisierung des Kolbens 233, das bzw. die von dem Empfängersensor 422 gemessen werden kann. Da dieses Magnetfeld vorzugsweise axial inhomogen ausgebildet ist, kann aus der Stärke des Magnetfeldes bzw. der Änderung des Magnetfeldes der Verschiebeweg und die Position des Kolbens 233 direkt gemessen und dadurch auf den Ausrückweg der Trennkupplung 115 rückgeschlossen werden.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann der Druckwandler 230 ein Federelement 423 umfassen, um ein Rückstellen des Kolbens 233 auch dann gewährleisten zu können, wenn am CSC 310 beispielsweise eine ungewünschte Leckage auftritt, oder für den Fall, dass sich Luft im Bereich des Trennkupplungshydraulikdruckniveaus p₂ sammeln sollte, oder einfach nur deshalb, um eine initiale Entlüftung des Druckwandlersystems über wiederholte Betätigung des Kolbens 233 zu ermöglichen. Obwohl die 4 das Federelement 423, d.h. die Rückstellfeder, hochdruckseitig bzw. im Druckraum p₂ angeordnet zeigt, kann eine vergleichbare Feder zusätzlich oder alternativ an der Kolbenrückseite des Druckraums p₁, d.h. niederdruckseitig, angebracht werden.
Der Hochdruckzylinder 232 des Druckwandlers 230 kann beispielsweise als separates Bauteil ausgeführt werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der separate Hochdruckzylinder 232 nahezu beliebig in einem Hybrid-Fahrzeug angebracht werden kann. Um gegebenenfalls zusätzliche Gehäusebauteile einzusparen, sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung jedoch ebenfalls vor, den Hochdruckzylinder 232 zusammen mit dem Niederdruckzylinder 231 in dem Fahrzeuggetriebe 130 zu integrieren.
Die Ansteuerung des Niederdruckzylinders 231 ist in der 4 nicht explizit dargestellt. Jedoch sehen Ausführungsbeispiele vor, den Niederdruckzylinder 231 mittels eines proportional wirkenden Ventils (nicht dargestellt) an das niederdruckseitige Getriebehydrauliksystem anzukoppeln. Das proportional wirkende Ventil kann wiederum mittels eines Vorsteuerventils angesteuert werden, welches beispielsweise als Cartridge- oder als Pilotventil mit Nachfolgeschieber ausgeführt werden kann. Dieses Vorsteuerventil, das ein Schieber-Ventil ist, steuert also das proportional wirkende Ventil, welches ein Proportionaldruck-Ventil oder ein proportional wirkendes Volumenstromventil ist, an. Je nach Betriebsstellung des Vorsteuerventils wird eine als Druckquelle vorgesehene Hydraulikpumpe über das proportional wirkende Ventil mit einem Niederdruckraum 431 des Niederdruckzylinders 231 gekoppelt, sodass ein proportionales Getriebehydraulikdruckniveau p₁ bereitgestellt werden kann. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann das Vorsteuerventil direkt in das hydraulische Getriebesteuergerät integriert werden.
Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann die Trennkupplung (K0) 115 eine im unbetätigten Zustand geschlossene („normally-closed“) Kupplung sein, die für einen rein elektrischen Fahrbetrieb geöffnet, d.h. ständig bedruckt, sein sollte. Bei einer lediglich durch die E-Maschine 120 angetriebenen Getriebehydraulikpumpe entstünde dann ein Problem, wenn sich die E-Maschine 120 nicht dreht und somit die Hydraulikpumpe nicht angetrieben wird. Dann kann die Trennkupplung (K0) 115 nicht bedruckt und somit auch nicht geöffnet werden. Daher sehen manche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vor, dass die Vorrichtung 200 zum Betätigen der Trennkupplung 115 eine unabhängig von dem ersten und/oder dem zweiten Antriebsaggregat 110, 120 elektrisch betriebene Hydraulikpumpe zur Her- bzw. Bereitstellung des Getriebehydraulikdruckniveaus p₁ aufweist. In anderen Worten stellen solche Ausführungsbeispiele also – zusätzlich zu der E-Maschine 120 – eine zweite (kleinere) E-Maschine zum Antreiben der Hydraulikpumpe bereit.
Bei einem Antriebssystem ohne eine derartige elektrische Zusatzhydraulikpumpe kann die E-Maschine 120 initial bei einem Fahrzeugstart über eine entsprechend angepasste bzw. programmierte Steuereinrichtung drehen gelassen werden. Hierdurch kann der V-Motor 110 anfangs über die „normally-closed“-Trennkupplung 115 mitgezogen werden. Der V-Motor 110 sollte dabei während des Startvorgangs jedoch nicht zünden, was vermittels einer entsprechend programmierten Motorsteuerung erreicht werden kann. Sobald eine durch die sich drehende E-Maschine 120 angetriebene Hydraulikpumpe ausreichend Druck für das Getriebehydraulikdruckniveau p₁ erzeugt hat, kann die Trennkupplung (K0) 115 vermittels des Druckwandlers 230 geöffnet werden, sodass der V-Motor 110 drehzahlmäßig wieder auf null U/min (Umdrehungen pro Minute) abfallen kann. Anschließend ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich. Gemäß solchen Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 200 zum Betätigen der Trennkupplung 115 also ausgebildet sein, um bei einem Fahrzeugstart die elektrische Maschine 120, die insbesondere als Motor-Starter-Generator ausgebildet sein kann, in Drehung zu versetzen, und damit über die unbetätigte „normally-closed“-Trennkupplung 115 auch den Verbrennungsmotor 110, ohne diesen jedoch zu zünden. Der Fahrzeugstart dauert dann bis das Getriebehydraulikniveau p₁ erreicht ist, um dadurch letztendlich die „normally-closed“-Trennkupplung 115 für einen elektrischen Fahrbetrieb öffnen zu können.
Damit der soeben beschrieben Vorgang nur einmalig beim Fahrzeugstart erfolgt, sehen manche Ausführungsbeispiele vor, die Drehzahl der E-Maschine 120 im weiteren Verlauf einer Fahrt nicht mehr auf 0 U/min abzusenken (wie z. B. bei einem Fahrzeugstillstand an einer Ampel). Stattdessen kann die Vorrichtung 200 zum Betätigen der Trennkupplung 115 ausgebildet sein, um die E-Maschine 120 auch bei Stillstand des Fahrzeugs weiter mit einer vorbestimmten Drehzahl drehen zu lassen, sodass durch die mit einer Hydraulikpumpe gekoppelte E-Maschine 120 ein ausreichender Betätigungsdruck bereitgestellt werden kann, um die „normally-closed“-Trennkupplung 115 für den elektrischen Fahrbetrieb offen zu halten. Anfahr- und Rangiervorgänge würden dann über eine Anfahrkupplung im Getriebe 130 gesteuert. Die Vorrichtung 200 kann also ausgebildet sein, um während eines Betriebs eines Fahrzeugs eine Drehzahl der elektrischen Maschine 120 oberhalb einer Minimaldrehzahl zu halten, um während des Betriebs mittels einer von der elektrischen Maschine 120 versorgten Hydraulikpumpe das Getriebehydraulikdruckniveau p₁ zum Betätigen der Trennkupplung 115 stets aufrechtzuerhalten.
Diese Minimaldrehzahl der elektrischen Maschine 120 kann gemäß einigen Ausführungsbeispielen temperaturabhängig eingestellt werden. Bei niedrigen Temperaturen kann aufgrund einer im Allgemeinen geringen Hydraulikfluidleckage eine geringere Minimaldrehzahl ausreichen, wie z. B. 300 U/min bei 20°C. Bei höheren Temperaturen kann eine demgegenüber höhere Minimaldrehzahl eingestellt werden, wie z. B. 700 U/min bei 100°C Hydraulikfluidtemperatur. Je nach Auslegung der Trennkupplung (K0) 115 kann zum Halten der Kupplung in geöffneter Stellung nicht der maximal mögliche Betätigungsdruck p₁, sondern ein demgegenüber bis zu 50 % niedriger Betätigungsdruck ausreichen, d.h. 0,5 × p₁, sodass damit auch das (Minimal-)Drehzahlniveau der E-Maschine 120 entsprechend abgesenkt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen aber auch eine Sperre in einer Hochdruckleitung vom Druckwandler 230 zum konzentrischen Nehmerzylinder 310 vorgesehen werden, welche elektrisch gesteuert verschlossen werden kann, wenn rein elektrisch gefahren werden soll. Bei derartigen Ausführungsformen kann man darauf verzichten, eine Hydraulikpumpe ständig über die E-Maschine 120 anzutreiben. In einer Hochdruckleitung von dem Druckwandler 230 zum Betätigungselement 220, 310 kann also ein steuerbares Sperrelement, z.B. ein Hochdruckventil, vorgesehen sein, um bei entsprechender Ansteuerung des Sperrelements unabhängig von einer Hydraulikpumpe das Trennkupplungshydraulikdruckniveau p₂ in der Hochdruckleitung aufrechtzuerhalten.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Trennkupplung (K0) 115 auch um eine im unbetätigten Zustand offene (sogenannte „normally open“) Kupplung handeln, die zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors 110 an den Antriebsstrang betätigt bzw. bedruckt wird. Eine derartige „normally-open“-Trennkupplung könnte im reinen E-Maschinen-Betrieb drucklos bzw. unbetätigt bleiben. Erst wenn der V-Motor 110 zugeschaltet werden soll bzw. wenn verbrennungsmotorisiert gefahren werden soll, kann die „normally-open“-Trennkupplung 115 hydraulisch betätigt bzw. bedruckt werden. Beim Zuschalten des V-Motors 110 liegt die Drehzahl der E-Maschine 120 im Allgemeinen oberhalb einer Leerlaufdrehzahl des V-Motors 110, sodass in diesem Fall ausreichend Druck bzw. Getriebehydraulikdruckniveau p₁ zur Betätigung der Trennkupplung 115 vorhanden wäre.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Obwohl manche Aspekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Betätigen einer hydraulisch betätigten bzw. betätigbaren Trennkupplung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts, beispielsweise einem Verfahren zum Betätigen der Trennkupplung, zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details bzw. Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch ein Steuergerät, einen Prozessor, ein Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit) einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbare Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, insbesondere ein CAN (Controller Area Network) transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch eine Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele präsentiert wurden, beschränkt ist.
Bezugszeichenliste

100: herkömmlicher Hybrid-Antriebsstrang
110: Verbrennungsmotor
111: mit Verbrennungsmotor und Trennkupplung gekoppelte Welle
115: Trennkupplung, K0
120: elektrische Maschine
121: mit elektrischer Maschine und Anfahrkupplung gekoppelte Welle
125: Anfahrkupplung
126: mit Anfahrkupplung und Getriebe gekoppelte Antriebswelle
130: automatisiertes Schaltgetriebe
200: Hybrid-Antriebsstrang gemäß einem Ausführungsbeispiel
210: Vorrichtung zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat und einem zweiten Antriebsaggregat angeordneten hydraulisch betätigbaren Trennkupplung
220: Betätigungselement bzw. hydraulisches Stellglied zur Betätigung der Trennkupplung
230: Druckwandler
231: Niederdruckzylinder
232: Hochdruckzylinder
233: Kolben
310: konzentrischer Nehmerzylinder, CSC
410: Schnüffelbohrung im Hochdruckzylinder
412: Ausgleichsbehälter
414: Schnüffelbohrung im Niederdruckzylinder
416: Entlüftungsbohrung hinter Niederdruckkolbenfläche
418: Niederdruckkolbenwirkfläche
420: Sensoranordnung
421: Gebersensor, Permanentmagnet
422: Empfängersensor
423: Federelement
431: Niederdruckraum

Claims

Vorrichtung (200) zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat (110) und einem zweiten Antriebsaggregat (120) eines Hybridantriebs angeordneten und hydraulisch betätigbaren Trennkupplung (115), um das erste Antriebsaggregat (110) mit einem nachfolgenden Antriebsstrang zu koppeln oder zu entkoppeln, mit folgenden Merkmalen: einem Betätigungselement (220; 310) zur hydraulischen Betätigung der Trennkupplung (115); und einem zwischen dem Betätigungselement (220; 310) und einer Hydraulikmittelversorgung für ein Getriebe (130) angeordneten Druckwandler (230), um ein Getriebehydraulikdruckniveau (p₁) an ein zur Betätigung der Trennkupplung (115) benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p₂) anzupassen.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 1, wobei das Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p₂) höher ist als das Getriebehydraulikdruckniveau (p₁), sodass ein Verhältnis zwischen dem Trennkupplungshydraulikdruckniveau und dem Getriebehydraulikdruckniveau in einem Bereich zwischen 3 und 10 liegt.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Betätigungselement (220; 310) einen auf einer Hochdruckseite des Druckwandlers (230) angeordneten konzentrischen Nehmerzylinder (310) zum Betätigen der Trennkupplung (115) aufweist.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 3, wobei das Betätigungselement (220; 310) ausgebildet ist, um den konzentrischen Nehmerzylinder (310) vermittels eines in dem Getriebe (130) verwendeten Hydraulikfluid als Trennkupplungshydraulikfluid zu betätigen.
Die Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine mit einer Hydrauliksteuerung gekoppelte Sensoranordnung (420) aufweist, um einen Ausrückweg der Trennkupplung (115) zu ermitteln und, basierend auf dem ermittelten Ausrückweg, das Getriebehydraulikdruckniveau (p₁) zu steuern.
Die Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein eingangsseitiger Niederdruckzylinder (231) und ein ausgangsseitiger Hochdruckzylinder (232) des Druckwandlers (230) in das Getriebe (130) integriert sind.
Die Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ansteuerung eines Niederdruckzylinders (231) des Druckwandlers (230) mit einem Hydraulikmedium ein proportional wirkendes und über ein Steuergerät gesteuertes Ventil vorgesehen ist.
Die Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennkupplung (115) eine im unbetätigten Zustand geschlossene Kupplung ist, und wobei die Vorrichtung eine unabhängig von dem ersten und/oder dem zweiten Antriebsaggregat (110; 120) elektrisch betriebene Hydraulikpumpe zur Herstellung des Getriebehydraulikdruckniveaus (p₁) aufweist.
Die Vorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Antriebsaggregat (110) ein Verbrennungsmotor und das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine (120), insbesondere ein Elektromotor, ist.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 9, wobei die Trennkupplung (115) eine im unbetätigten Zustand geschlossene Kupplung ist, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um bei einem Fahrzeugstart die elektrische Maschine (120), insbesondere einen Starter-Generator, und damit über die unbetätigte Trennkupplung (115) auch den Verbrennungsmotor (110) in Drehung zu versetzen ohne diesen zu zünden bis das Getriebehydraulikdruckniveau (p₁) erreicht ist, um dadurch die Trennkupplung (115) für einen elektrischen Fahrbetrieb öffnen zu können.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um während eines Betriebs eines Fahrzeugs eine Drehzahl der elektrischen Maschine (120) oberhalb einer Minimaldrehzahl zu halten, um während des Betriebs vermittels einer von der elektrischen Maschine (120) versorgten Hydraulikpumpe das Getriebehydraulikdruckniveau (p₁) zum Betätigen der Trennkupplung (115) aufrecht zu erhalten.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 11, wobei die Minimaldrehzahl temperaturabhängig einstellbar ist.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei in einer Hochdruckleitung von dem Druckwandler (230) zum Betätigungselement (220; 310) ein steuerbares Sperrelement vorgesehen ist, um bei entsprechender Ansteuerung des Sperrelements unabhängig von einer Hydraulikpumpe das Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p₂) in der Hochdruckleitung aufrecht zu erhalten.
Die Vorrichtung (200) nach Anspruch 9, wobei die Trennkupplung (115) eine im unbetätigten Zustand offene Kupplung ist, die zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors (115) an den Antriebsstrang betätigt wird.
Verfahren zum Betätigen einer zwischen einem ersten Antriebsaggregat (110) und einem zweiten Antriebsaggregat (120) eines Hybridantriebs angeordneten und vermittels eines hydraulischen Betätigungselements (220; 310) betätigbaren Trennkupplung (115), um das erste Antriebsaggregat (110) mit einem nachfolgenden Antriebsstrang zu koppeln oder zu entkoppeln, mit folgendem Schritt: Anpassen eines Getriebehydraulikdruckniveaus (p₁) an ein zur Betätigung der Trennkupplung (115) benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p₂) vermittels eines zwischen dem Betätigungselement (220; 310) und einer Hydraulikmittelversorgung für ein Getriebe (130) angeordneten Druckwandlers (230).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Steuerung einer mit einem Druckwandler (230) gekoppelten Hydraulikpumpe, sodass ein Hydraulikdruckniveau (p₁) einer Getriebeumgebung an ein zur Betätigung einer Trennkupplung (115) benötigtes Trennkupplungshydraulikdruckniveau (p₂) vermittels des Druckwandlers (230) angepasst werden kann, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.