DE102013210013A1

DE102013210013A1 - Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102013210013A1
Application number: DE102013210013.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kinigadner; Thomas Mehlis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-12-04
Also published as: CN105246730B; CN105246730A; WO2014190978A1

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs vorzuschlagen, das einen besonders weichen Übergang von einem Übersetzungsverhältnis zu einem nächsten Übersetzungsverhältnis erlaubt.
Hierzu wird ein Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs 1 für ein Fahrzeug 2 vorgeschlagen, wobei der Antriebsstrang 1 eine Getriebeanordnung G umfasst, wobei bei einem Schaltvorgang der Getriebeanordnung G von einem ersten Übersetzungsverhältnis zu einem zweiten Übersetzungsverhältnis oder in Gegenrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments eines Elektromotors 6 auf die Ausgangswelle 12 eine Übergangsversorgung durch die Übertragung des Antriebsmoments eines Verbrennungsmotors 5 auf die Ausgangswelle 12 durchgeführt wird, um das an der Ausgangswelle 12 anliegende Gesamtantriebsdrehmoment während des Schaltvorgangs konstant zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug sowie einen entsprechenden Antriebsstrang.
Hybrid-Fahrzeuge nutzen neben Verbrennungsmotoren alternativ oder ergänzend Elektromotoren, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Elektromotoren und Verbrennungsmotoren werden hierbei wahlweise alternativ oder in einigen Betriebszuständen des Fahrzeugs gemeinsam eingesetzt. Durch diese Variabilität eröffnet sich prinzipiell eine Vielzahl von möglichen Betriebszuständen eines Fahrzeugs in Hybrid-Bauweise.
Die Druckschrift DE 199 45 474 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, stellt einige Varianten eines Hybrid-Kraftfahrzeugs vor, wobei zum Beispiel im Zusammenhang mit der 3 ein Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor vorgestellt wird, der eine Vielzahl von Betriebszuständen ermöglicht.
Gebiet der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs vorzuschlagen, das einen besonders weichen Übergang von einem Übersetzungsverhältnis zu einem nächsten Übersetzungsverhältnis erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen entsprechenden Antriebsstrang vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei ein Übersetzungsverhältnis beim Übertragen eines Antriebsdrehmoments geändert wird.
Das Verfahren wird auf einem Antriebsstrang ausgeführt, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Antriebsstrang ausgebildet, ein Hauptantriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen, um dieses im regulären Straßenverkehr, also insbesondere mit Geschwindigkeiten größer als 50 Stundenkilometer, im Speziellen größer als 100 Stundenkilometer, anzutreiben.
Der Antriebsstrang umfasst eine erste Eingangswelle, wobei diese mit einer ersten Antriebsschnittstelle gekoppelt ist, die zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Die erste Antriebsschnittstelle ist derart mit der ersten Eingangswelle gekoppelt, so dass ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor auf die erste Eingangswelle geleitet werden kann. Optional ist die erste Antriebsschnittstelle drehfest mit der ersten Eingangswelle verbunden sein, alternativ ist diese zuschaltbar ausgebildet oder über einen Freilauf angekoppelt.
Ferner umfasst der Antriebsstrang eine zweite Eingangswelle, welche mit einer zweiten Antriebsschnittstelle aufweist, die zur Ankopplung eines Elektromotors ausgebildet ist. Die zweite Antriebsschnittstelle ist derart mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt, so dass ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor auf die zweite Eingangswelle geleitet werden kann.
Der Antriebsstrang umfasst eine Ausgangswelle, welche mit einer Ausgangsschnittstelle gekoppelt ist und welche zur Ankopplung an einen Abtrieb, insbesondere an ein Differenzial, im Speziellen an ein Querdifferenzial, ausgebildet ist. Die Ausgangsschnittstelle ist derart mit der der Ausgangswelle gekoppelt, dass ein Antriebsdrehmoment von der Ausgangswelle auf den Abtrieb geleitet werden kann.
Der Antriebsstrang umfasst eine Getriebeanordnung, die es ermöglicht, die zweite Eingangswelle mit der Ausgangswelle über mindestens eine erstes und ein zweites Übersetzungsverhältnis selektiv in eine Wirkverbindung zu setzen. Damit ist es möglich, das Antriebsdrehmoment des Elektromotors über zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf die Ausgangswelle zu übertragen.
Selektiv wirkverbindbar bedeutet insbesondere, dass – in diesem Beispiel – die zweite Eingangswelle in Abhängigkeit eines vorgebbaren Schaltzustands eine Wirkverbindung oder eine Entkopplung mit der Ausgangswelle realisiert. Unter Wirkverbindung wird insbesondere eine getriebetechnische Verbindung verstanden, die zur Übertragung und optional ergänzend zur Umsetzung, insbesondere Übersetzung oder Untersetzung von Antriebsdrehmomenten dient. Unter einer Übersetzungsstufe wird vorzugsweise eine getriebetechnische Stufe mit einem beliebigen Übersetzungsverhältnis, insbesondere einem Übersetzungsverhältnis n > 1, n = 1 oder n < 1 verstanden.
Zudem ermöglicht die Getriebeanordnung, dass die erste Eingangswelle mit der Ausgangswelle selektiv wirkverbindbar ist. Damit ist es möglich, das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors auf die Ausgangswelle zu übertragen.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei einem Schaltvorgang, der ein Wechsel des Übertragungsverhältnisses zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors auf die Ausgangswelle umfasst, eine Momentenauffüllung des Gesamtantriebsdrehmoments an der Ausgangswelle dadurch erfolgt, dass das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors über die Getriebeanordnung auf die Ausgangswelle geleitet wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Antriebsdrehmomente abwechselnd oder zeitlich überlappend auf die Ausgangswelle geleitet werden.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass für einen Wechsel des Übertragungsverhältnisses des Antriebsdrehmoment des Elektromotors auf die Ausgangswelle die Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors kurzzeitig unterbrochen werden muss. Dies führt im Betrieb zu einer wahrnehmbaren Unterbrechung der Zugkraft des Antriebsstrangs. Um diese Unterbrechung zu vermeiden oder zumindest zu vermindern, wird vorgeschlagen, dass zur Überbrückung des Schaltvorgangs das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors auf die Ausgangswelle geführt wird, um den Einbruch des Gesamtdrehmoments während des Schaltvorgangs zu verringern oder zu kompensieren zu halten.
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebeanordnung mindestens eine erste Übersetzungsstufe und eine erste Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle über die mindestens eine erste Übersetzungsstufe und mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen und eine zweite Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle mit der Ausgangswelle über die mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen. Im Betrieb wird zunächst das Antriebsdrehmoment des Elektromotor über eine der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen geführt. Bei dem Schaltvorgang wird der Antriebsdrehmomentfluss von dem Elektromotor unterbrochen, um mittels der zweiten Aktorik auf die andere der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen zu schalten. Zeitlich überlappend wird mittels der ersten Aktorik das Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor auf die Ausgangswelle geleitet, um das Gesamtdrehmoment auf der Ausgangswelle konstant zu halten. Nach dem Umschalten wird wieder das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor – nun über die andere der mindestens zwei Übersetzungsstufen auf die Ausgangswelle geleitet und mittels der ersten Aktorik oder eines Freilaufs das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors wieder von der Ausgangswelle abgekoppelt.
Bei einer anderen möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Getriebeanordnung mindestens eine erste Übersetzungsstufe und eine erste Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle und mindestens eine zweite Übersetzungsstufe und eine zweite Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle mit der Ausgangswelle sowie eine dritte Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der ersten und der zweiten Eingangswelle. In dieser Ausgestaltung wird das erste Übersetzungsverhältnis durch die selektive Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle mit der Ausgangswelle, die Übergangsversorgung durch die selektive Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle und das zweite Übersetzungsverhältnis durch die selektive Wirkverbindung der ersten und der zweiten Eingangswelle sowie durch die selektive Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle realisiert.
Um die Variabilität der Betriebszustände weiter zu erhöhen, ist es bevorzugt, dass der Antriebsstrang mindestens zwei erste Übersetzungsstufen und/oder mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen aufweist. In dieser Ausgestaltung kann die erste Eingangswelle mit der Ausgangswelle wahlweise über eine der beiden ersten Übersetzungsstufen gekoppelt oder davon entkoppelt sein. In gleicher Weise kann die zweite Eingangswelle über eine der zwei zweiten Übersetzungsstufen mit der Ausgangswelle gekoppelt oder entkoppelt zu dieser sein. Besonders bevorzugt weisen die mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf. Alternativ oder ergänzend weisen die mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf. Durch die geschilderte Weiterbildung ist es möglich, dass bei exklusivem Betrieb durch den Verbrennungsmotor zwei unterschiedliche erste Übersetzungsstufen genutzt werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass bei exklusivem Betrieb des Elektromotors zwei unterschiedliche zweite Übersetzungsstufen genutzt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein erster Momentenweg von der ersten Antriebsschnittstelle zu der Ausgangswelle und ein zweiter Momentenweg von der zweiten Antriebsschnittstelle ebenfalls zu der Ausgangswelle gebildet. Über die Momentenwege werden die Antriebsdrehmomente des Verbrennungsmotors beziehungsweise des Elektromotors geleitet. Im Rahmen der Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der erste und der zweite Momentenweg zumindest abschnittsweise parallel geführt werden. Insbesondere verlaufen die Momentenwege beim Übergang in die Ausgangswelle parallel zueinander versetzt, so dass die Antriebsdrehmomente von dem Verbrennungsmotor und von dem Verbrennungsmotor parallel versetzt in die Ausgangswelle eingeleitet werden. Diese Ausgestaltung erlaubt die voneinander unabhängige und parallele Führung der Antriebsdrehmomente von den Antriebsschnittstelle n zu der Ausgangswelle.
Bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Antriebsstrang den mindestens einen Verbrennungsmotor und/oder den mindestens einen Elektromotor. Der Verbrennungsmotor weist vorzugsweise eine Leistung von größer 30 Kilowatt, vorzugsweise größer 40 Kilowatt auf. Der Elektromotor weist ebenfalls vorzugsweise eine Leistung von größer 30 Kilowatt, vorzugsweise größer 40 Kilowatt, auf.
Konstruktiv betrachtet ist beziehungsweise sind die erste und/oder die zweite Eingangswelle bevorzugt parallel zu der Ausgangswelle angeordnet. Besonders bevorzugt sind erste und zweite Eingangswelle zueinander parallel, jedoch beabstandet angeordnet. Durch die Anordnung der Welle kann der variable Antriebsstrang bauraumsparend und konstruktiv einfach umgesetzt werden.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Aktorik ausgebildet, selektiv ein Losrad der ersten Übersetzungsstufe mit der ersten Eingangswelle drehfest zu koppeln und zu entkoppeln. Optional ergänzend ist die Aktorik ausgebildet, von den mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen jeweils ein Losrad mit der ersten Eingangswelle drehfest zu koppeln und zu entkoppeln. Durch die Aktorik kann die erste Eingangswelle somit selektiv mit einer der ersten Übersetzungsstufen gekoppelt werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle ausgebildet, wobei die Aktorik selektiv ein Ausgangslosrad der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle drehfest koppeln und entkoppeln kann.
Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die dritte Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit einer der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen ausgebildet. Mit der zweiten Aktorik kann somit die erste Eingangswelle selektiv mit einer der zweiten Übersetzungsstufen gekoppelt werden. Insbesondere erlaubt die Aktorik selektiv ein Zwischenlosrad einer der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen mit der ersten Eingangswelle drehfest zu koppeln.
Insbesondere in der Ausgestaltung mit mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen und mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen sowie den drei zuvor genannten Aktoriken kann der Antriebsstrang einen, einige oder alle der folgenden Betriebszustände einnehmen:

– Klimabetrieb
– Elektromotorischer Antrieb
– Verbrennungsmotorischer Antrieb
– Parallel-Boost
– Seriell-Boost
– Start-/Generatorbetrieb

Ein weiterer Gegenstand bildet der Antriebsstrang für ein Fahrzeug, wie dieser zuvor beschrieben wurde. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Der Vorteil der Antriebsstrangs ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die selektive Wirkverbindung zwischen erster Eingangswelle-Ausgangswelle und zweiter Eingangswelle-Ausgangswelle eine Vielzahl von Betriebszuständen von dem Antriebsstrang eingenommen werden kann, sodass der Antriebsstrang sehr flexibel einsetzbar ist. Insbesondere ist es möglich, die Antriebsdrehmomente von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor wahlweise alternativ oder gemeinsam, insbesondere überlagernd, auf die Ausgangswelle zu übertragen.
Insbesondere ist der Antriebsstrang zu der Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet. Beispielsweise weist der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung auf, die programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, das Verfahren, insbesondere den Schaltvorgang automatisch und/oder selbsttätig durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Schaltvorgang in einem Zeitraum kleiner 1,5 s, vorzugsweise kleiner 0,5 s durchzuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figur. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug 2 dargestellt, wobei der Antriebsstrang ausgebildet ist, ein Antriebsdrehmoment zum Beispiel über ein Differenzial 3 auf zwei angetriebene Räder 4a, 4b einer Achse zu verteilen. Das Fahrzeug 2 beziehungsweise der Antriebsstrang 1 umfasst zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments einen Verbrennungsmotor 5 sowie einen Elektromotor 6. Jeder der Motoren 5, 6 ist so dimensioniert, dass dieser auch alleine das Fahrzeug 2 antreiben kann.
Der Verbrennungsmotor 5 ist über eine erste Antriebsschnittstelle 7 mit einer ersten Eingangswelle 8 verbunden, sodass Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 5 auf die erste Eingangswelle 8 geleitet werden kann. Optional ist ein Freilauf 9 vorgesehen. Es ist möglich, dass der Verbrennungsmotor 5 – wie hier gezeigt – koaxial zu der ersten Eingangswelle 8 angeordnet ist, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Drehmoment über ein Zwischengetriebe an die erste Antriebsschnittstelle 7 übertragen wird.
Der Elektromotor 6 ist über eine zweite Antriebsschnittstelle 10 mit einer zweiten Eingangswelle 11 gekoppelt, sodass ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 auf die zweite Eingangswelle 11 übertragen werden kann. Die erste Eingangswelle 8 und die zweite Eingangswelle 11 sind parallel zueinander ausgerichtet und zugleich parallel versetzt zueinander angeordnet.
Ferner umfasst der Antriebsstrang 1 eine Ausgangswelle 12, welche über eine Antriebsschnittstelle 13 mit dem Differenzial 3 gekoppelt ist, so dass ein Antriebsdrehmoment aus dem Antriebsstrang 1 in das Differenzial 3 geleitet werden kann.
Eine Getriebeanordnung G des Antriebsstrangs 1 umfasst eine zweistufige erste Übersetzungsstufe ÜS1, welche selektiv die erste Eingangswelle 8 mit der Ausgangswelle 12 koppeln kann. Ferner umfasst der Antriebsstrang 1 eine zweistufige zweite Übersetzungsstufe ÜS2, welche die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 selektiv koppeln kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die zweite Übersetzungsstufe ÜS2 auch nur einstufig ausgebildet sein.
Die zwei Stufen der ersten Übersetzungsstufe ÜS1 umfassen jeweils ein Losrad LR_E_V1 und LR_E_V2, welche koaxial und in einem entkoppelten Zustand drehbar auf oder zu der ersten Eingangswelle 8 angeordnet sind. Ferner umfasst die erste Übersetzungsstufe zwei Festräder FR_A_V1 und FR_A_V2, welche beabstandet, jedoch insbesondere benachbart drehfest auf der Ausgangswelle 12 aufgesetzt sind. Eine erste Aktorik A1 kann wahlweise einen Entkopplungszustand einnehmen, das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 koppeln. Damit ist es möglich, zum Beispiel das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 über zwei unterschiedliche Getriebepfade von der ersten Eingangswelle 8 auf die Ausgangswelle 12 zu übertragen. Insbesondere unterscheiden sich die zwei Stufen der ersten Übersetzungsstufe ÜS1 durch das Übersetzungsverhältnis.
Die zweite Eingangswelle 11 ist mit der Ausgangswelle 12 über eine zweite Übersetzungsstufe ÜS2 mit einer oder zwei Stufen selektiv koppelbar. Auf der zweiten Eingangswelle 11 sitzen koaxial zwei Festräder FR_E2_E1 und FR_E2_E2. Auf oder zu der ersten Eingangswelle 11 sind im entkoppelten Zustand zwei Losräder drehbar gelagert und koaxial angeordnet, nämlich LR_E_E1 und LR_E_E2. Auf oder zu der Ausgangswelle 12 sind weitere zwei Losräder LR_A_E1 und LR_A_E2 koaxial und im entkoppelten Zustand drehbar gelagert. Die beiden Losräder auf der ersten Eingangswelle 8 sind über eine dritte Aktorik A2, die zwei Losräder auf der Ausgangswelle 12 über eine zweite Aktorik A3 selektiv mit der zweiten Eingangswelle 8 bzw. mit der Ausgangswelle 12 koppelbar.

Jedes der genannten Losräder ist über die erste Aktorik A1, die zweite Aktorik A2 bzw. die dritte Aktorik A3 selektiv mit der zugeordneten Welle koppelbar. Damit ergeben sich die u.a. folgenden Betriebszustände:

Betriebszustände	ÜS1		ÜS2
	A1		A3		A2
	LR_E_V1	LR_E_V2	LR_E_E1	LR_E_E2	LR_A_E1	LR_A_E2
I	0	0	0	0	0	0
IIa	0	0	0	0	+	0
IIb	0	0	0	0	0	+
IIc	0	+	0	+	0	0
IId	+	0	0	+	0	0
IIe	0	+	+	0	0	0
IIf	+	0	+	0	0	0
IIz1	+	0	0	0	0	0
IIz2	0	+	0	0	0	0
IIIa	+	0	0	0	0	0
IIIz1	0	0	0	0	+	0
IIIz2	0	0	0	0	0	+
IIIb	0	+	0	0	0	0
IVa	+	0	0	0	+	0
IVb	+	0	0	0	0	+
IVc	0	+	0	0	+	0
IVd	0	+	0	0	0	+
Va	+	0	+	0	0	0
Vb	+	0	0	+	0	0
Vc	0	+	+	0	0	0
Vd	0	+	0	+	0	0
Ve	0	0	+	0	+	0
Vf	0	0	0	+	0	+
VIa	0	0	+	0	0	0
VIb	0	0	0	+	0	0

Betriebszustand I: Klimabetrieb
In dem Betriebszustand I werden alle Aktoriken A1, A2, A3 in einen Entkopplungszustand gesetzt, sodass alle Losräder von den zugehörigen Wellen 8 bzw. 12 entkoppelt sind. In diesem Betriebszustand kann wahlweise der Elektromotor 6 oder der Verbrennungsmotor 5 isoliert arbeiten und zum Beispiel das jeweilige Antriebsdrehmoment in Richtung einer Klimaanlage oder einem anderen Nebenaggregat abgeben, um diese oder dieses anzutreiben.
Betriebszustand IIa–IIb: Elektromotorischer Antrieb
In dem Betriebszustand IIa sind die Aktorik A1 und die Aktorik A3 in einem Entkopplungszustand. Die Aktorik A2 koppelt das Losrad LR_A_E1 an die Ausgangswelle 12, sodass ein Antriebsdrehmoment vom Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 übertragen wird. In dem Zustand IIb koppelt die Aktorik A2 dagegen das Losrad LR_A_E2 an die Ausgangswelle 12. Damit wird bei diesen beiden Betriebszuständen ein rein elektromotorischer Antrieb umgesetzt, wobei in dem Betriebszustand IIa das Antriebsdrehmoment über eine der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 und in dem Betriebszustand IIb über die andere der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 geleitet wird.
Schaltvorgang im elektromotorischen Betrieb bei den Betriebszuständen IIa–IIb:
Um einen Drehmomentausfall während des Umschaltens von dem Betriebszustand II a zu dem Betriebszustand II b zu vermeiden, kann bei dem Gangwechsel eine Momentenauffüllung über den Verbrennungsmotor 5 erfolgen. Hierzu wird in einem Zwischenzustand II z1 beziehungsweise II z2 der Verbrennungsmotor 5 über die eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 oder über die andere der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 auf die Ausgangswelle geleitet, indem das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V2 durch die Aktorik A1 an die erste Eingangswelle 8 gekoppelt wird. Somit kann der Verbrennungsmotor 5 Drehmoment über einen Getriebepfad über die ersten Übersetzungsstufen ÜS1 zuführen und ausreichend Drehmoment bereitstellen. Eine Umsetzung kann über eine Getriebesteuerung realisiert werden, die den Schaltvorgang in einem automatisierten Getriebe durchführt. Hierbei kann vor einem Gangwechsel der Verbrennungsmotor 5 gestartet oder auf Drehzahl gebracht werden, um über den genannten Getriebepfad Drehmoment bereitzustellen. Alternativ hierzu kann der Verbrennungsmotor 5 bereits im Rahmen eines Parallel-Boost-Betriebs – wie dieser im Zusammenhang mit den Betriebszuständen IV a bis IV d beschrieben wird, bereitstellen und die Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor 5 wird angehoben, um das wegfallende Moment des Elektromotors 6 beim Gangwechsel zu kompensieren.
Betriebszustand IIc–IIf: Elektromotorischer Antrieb
In diesen Betriebszuständen wird einer der Losräder LR_E_E1 oder LR_E_E1 über die dritte Aktorik A3 mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt sowie einer der Losräder LR_E_V1 oder LR_E_V2 ebenfalls mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt, so dass das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 über beide Getriebestufen ÜS1 und ÜS2 geführt wird. Insgesamt ergeben sich vier Stellmöglichkeiten, wie diese in der Tabelle aufgeführt sind.
Schaltvorgang im elektromotorischen Betrieb von den Betriebszuständen IIa oder IIb in einen der Betriebszustände IIc bis IIf:
Bei diesem Schaltvorgang wird ausgehend von dem Betriebszustand IIa oder IIb über die Aktorik A2 die Wirkverbindung zwischen Elektromotor 6 und Ausgangswelle 12 gelöst. Um der Verringerung des Gesamtdrehmoments auf der Ausgangswelle 12 während des Schaltvorgangs zu vermeiden wird einer der Zwischenzustände IIz1 oder IIz2 eingenommen, so dass ein Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 zur Momentenauffüllung an der Ausgangswelle 12 genutzt werden kann. Bei dem Übergang zu den Betriebszuständen IIc bis IIf wird ein Betriebszustand ausgewählt, der die gleiche Stellung der Aktorik A1 wie der zuvor gewählte Zwischenzustand aufweist. Nachfolgend wird über die Aktorik A3 das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 auf die erste Antriebswelle 8 geleitet und das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 reduziert, so dass nach dem Schaltvorgang wieder ein rein elektromotorischer Antrieb vorliegt. Optional können die Zwischenzustände IIz1 und IIz2 zeitlich überlappen mit den Betriebszuständen vor oder nach dem Schaltvorgang,
Betriebszustand IIIa–IIIb: Verbrennungsmotorischer Antrieb
In dem Betriebsmodus III a wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 5 über eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 auf die Ausgangswelle geleitet. Die Aktoriken A3 und A2 sind im Entkopplungszustand. Insbesondere wird das Losrad LR_E_V1 durch die erste Aktorik A1 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden. In dem Betriebszustand III b wird die andere erste Übersetzungsstufe ÜS1 gewählt, indem durch die erste Aktorik A1 das Losrad LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden wird. Bei einem Gangwechsel von dem Betriebszustand III a zu dem Betriebszustand IIIb ist es möglich, dass eine Momentenauffüllung durch den Elektromotor 6 umgesetzt wird. Zu diesem Zweck wird in dem Zwischenzustand IIIz1, während dessen die Aktorik A1 im Entkopplungszustand beim Umschalten ist, das Losrad LR_A_E1 mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden, sodass über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 das Drehmoment vom Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 übertragen wird. Alternativ hierzu kann in dem Betriebszustand III z2 die andere zweite Übersetzungsstufe ÜS2 genutzt werden, indem durch die Aktorik A2 das Losrad LR_A_E2 mit der Ausgangswelle 12 drehfest gekoppelt wird. Optional können die Zwischenzustände IIIz1 und IIIz2 zeitlich überlappen mit den Betriebszuständen vor oder nach dem Schaltvorgang,
Betriebszustand IVa–IVd: Parallel-Boost
In diesem Betriebszustand werden sowohl Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 5 als auch über den Elektromotor 6 der Ausgangswelle 12 zugeführt. In den Betriebszuständen IVa und IVb wird hierzu eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 genutzt, indem durch die erste Aktorik A1 das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V1 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden wird. Zusätzlich wird durch die Aktorik A2 auf einem parallelen Momentenweg ein Drehmoment von dem Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 übertragen, indem wahlweise das Losrad LR_A_E1 oder alternativ das Losrad LR_A_E2 drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden wird.
Betriebszustand Va–Vf: Seriell-Boost
Bei diesen Betriebszuständen wird das gesamte Drehmoment von Elektromotor und Verbrennungsmotor entweder über eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 oder über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 geleitet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Aktorik A3 wahlweise das Losrad LR_E_E1 oder das Losrad LR_E_E2 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest koppelt. Die Übertragung des auf der ersten Eingangswelle 8 vereinigten Drehmoments erfolgt über einen der vier Getriebepfade, indem wahlweise über die Aktorik A1 das Losrad LR_E_V1 oder LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt wird oder über die Aktorik A2 den durch die Aktorik A3 ausgewählten Getriebepfad zu der Ausgangswelle 12 verlängert wird.
Sowohl die Betriebszustände im Parallel-Boost als die Betriebszustände im Seriell-Boost können zugleich für einen Generatorbetrieb genutzt werden.
Betriebszustand VIa–VI b: Start-/Generatorbetrieb
In diesem Betriebszustand ist die Ausgangswelle 12 abgekoppelt, es kann jedoch ein Drehmoment zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 5 fließen. Dieser Drehmomentfluss kann vom Elektromotor 6 zum Verbrennungsmotor genutzt werden, um den Verbrennungsmotor 5 zu starten oder von dem Verbrennungsmotor 5 zu dem Elektromotor 6 genutzt werden, um diesen in einem Generatorbetrieb zu betreiben.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Fahrzeug
3: Differenzial
4a, b: Räder
5: Verbrennungsmotor
6: Elektromotor
7: erste Antriebsschnittstelle
8: erste Eingangswelle
9: Freilauf
10: zweite Antriebsschnittstelle
11: zweite Eingangswelle
12: Ausgangswelle
13: Ausgangsschnittstelle
ÜS1: erste Übersetzungsstufen
LR_E_V1: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 von einer der zwei ersten Übersetzungsstufen ÜS1
LR_E_V2: Losrad auf der Eingangswelle 8 von der anderen der zwei ersten Übersetzungsstufen ÜS1
ÜS2: zweite Übersetzungsstufen
LR_E_E1: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 einer der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_E_E2: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 von der anderen der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_A_E1: Losrad auf der Ausgangswelle 12 einer der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_A_E2: Losrad auf der Ausgangswelle 12 von der anderen der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19945474 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Schalten eines Antriebsstrangs (1) für ein Fahrzeug (2), wobei der Antriebsstrang (1) mit einem Elektromotor (6) und mit einem Verbrennungsmotor (6) gekoppelt ist, wobei der Antriebsstrang (1) eine erste Eingangswelle (8) sowie eine erste Antriebsschnittstelle (9) umfasst, wobei die erste Antriebsschnittstelle (9) mit der ersten Eingangswelle (8) und die erste Antriebsschnittstelle (9) mit dem Verbrennungsmotor (5) gekoppelt ist, wobei der Antriebsstrang (1) eine zweite Eingangswelle (11) sowie eine zweite Antriebsschnittstelle (10) umfasst, wobei die zweite (10) Antriebsschnittstelle mit der zweiten Eingangswelle (11) und die zweite Antriebsschnittstelle (10) mit dem Elektromotor (6) gekoppelt ist, wobei der Antriebsstrang (1) eine Ausgangswelle (12) sowie eine Ausgangsschnittstelle (13) zur Ankopplung an einen Abtrieb (3) aufweist, wobei die Ausgangswelle (12) mit der Ausgangsschnittstelle (13) gekoppelt ist, wobei der Antriebsstrang (1) eine Getriebeanordnung (G) umfasst, über die die zweite Eingangswelle (11) in mindestens einem ersten und einem zweiten Übersetzungsverhältnis zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors (6) mit der Ausgangswelle (12) selektiv wirkverbindbar ist und über die die erste Eingangswelle (8) zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors (5) mit der Ausgangswelle (12) selektiv wirkverbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schaltvorgang der Getriebeanordnung (G) von dem ersten Übersetzungsverhältnis zu dem zweiten Übersetzungsverhältnis oder in Gegenrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors (6) auf die Ausgangswelle (12) eine Übergangsversorgung durch die Übertragung des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors (5) auf die Ausgangswelle (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (G) mindestens eine erste Übersetzungsstufe (ÜS1) und eine erste Aktorik (A1) zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle (8) mit der Ausgangswelle (12) und mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen (ÜS2) und eine zweite Aktorik (A2) zur selektiven Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (G) mindestens eine erste Übersetzungsstufe (ÜS1) und eine erste Aktorik (A1) zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle (8) mit der Ausgangswelle (12) und mindestens eine zweite Übersetzungsstufe (ÜS2) und eine zweite Aktorik (A2) zur selektiven Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (11) sowie eine dritte Aktorik (A3) zur selektiven Wirkverbindung der ersten und der zweiten Eingangswelle (8, 11) aufweist, wobei das erste Übersetzungsverhältnis durch die selektive Wirkverbindung der zweiten Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (12), die Übergangsversorgung durch die selektive Wirkverbindung der ersten Eingangswelle (8) mit der Ausgangswelle (12) und das zweite Übersetzungsverhältnis durch die selektive Wirkverbindung der ersten und der zweiten Eingangswelle (8, 11) sowie durch die selektive Wirkverbindung der ersten Eingangswelle (8) mit der Ausgangswelle (12) realisiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) mindestens zwei erste Übersetzungsstufen (ÜS1) und/oder mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen (ÜS2) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Momentenweg von der ersten Antriebsschnittstelle (7) zu der Ausgangswelle (12) zumindest abschnittsweise parallel zu einem zweiten Momentenweg von der zweiten Antriebsschnittstelle (10) zu der Ausgangswelle (12) verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Eingangswelle (8, 11) parallel zu der Ausgangswelle (12) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aktorik (A1) selektiv ein Losrad (LR_E_V1, LR_E_V1) der mindestens einen ersten Übersetzungsstufe (ÜS1) mit der ersten Eingangswelle (8) drehfest koppeln und entkoppeln kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aktorik (A2) selektiv ein Ausgangslosrad (LR_A_E1, LR_A_E2) der zweiten Übersetzungsstufe (ÜS2) mit der Ausgangswelle (12) drehest koppeln und entkoppeln kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Aktorik (A3) selektiv ein Zwischenlosrad (LR_E_E1, LR_E_E2) der zweiten Übersetzungsstufe (ÜS2) mit der ersten Eingangswelle (8) drehfest koppeln und entkoppeln kann.
Antriebsstrang (1) für ein Fahrzeug ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit der ersten Eingangswelle (8) sowie mit der ersten Antriebsschnittstelle (7) zur Ankopplung des Verbrennungsmotors (5), wobei die erste Eingangswelle (8) mit der ersten Antriebsschnittstelle (7) gekoppelt ist, mit der zweiten Eingangswelle (11) sowie mit der zweiten Antriebsschnittstelle (10) zur Ankopplung des Elektromotors (6), wobei die zweite Eingangswelle (11) mit der zweiten Antriebsschnittstelle (10) gekoppelt ist, mit der Ausgangswelle (12) sowie mit der Ausgangsschnittstelle (13) zur Ankopplung an einen Abtrieb (3), wobei die Ausgangswelle (12) mit der Ausgangsschnittstelle (13) gekoppelt ist, wobei die erste Eingangswelle (8) über die mindestens erste Übersetzungsstufe (ÜS1) mit der Ausgangswelle (12) selektiv wirkverbindbar ist, und wobei die zweite Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (12) über die mindestens zweite Übersetzungsstufe (ÜS2) selektiv wirkverbindbar ist.