DE102013214750A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

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Johannes Kaltenbach
Uwe Griesmeier
Michael Roske
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ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (1) für ein Hybridfahrzeug, wobei die Antriebseinheit ein Antriebsaggregat (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) und einer elektrischen Maschine (4) und ein zwischen das Antriebsaggregat (2) und einen Abtrieb (5) geschaltetes Getriebe (6) umfasst, wobei das Getriebe eine Planetengetriebestufe (7) mit zwei antriebsseitigen Elementen (9, 10) und einem abtriebsseitigen Element (13) umfasst, wobei ein erstes antriebsseitiges Element (9) der Planetengetriebestufe (7) mit der elektrischen Maschine (4) gekoppelt ist, wobei ein zweites antriebsseitiges Element (10) der Planetengetriebestufe (7) an eine Ankoppelwelle(11) für den Verbrennungsmotor (3) gekoppelt ist, der über eine Trennkupplung (12) an die Ankoppelwelle (11) koppelbar und von derselben abkoppelbar ist, wobei dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei geöffneter Trennkupplung (12) und bei von der Ankoppelwelle (11) abgekoppeltem Verbrennungsmotor (3) unter Bereitstellung eines elektrischen Fahrgangs die Ankoppelwelle (11) über ein Schaltelement (17) des Getriebes (6) festgebremst ist, zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors (3) an die Ankoppelwelle (11) aus rein elektrischer Fahrt heraus das vom Verbrennungsmotor(3) bereitgestellte Moment über die schlupfend betriebene Trennkupplung (12) übertragen wird, um das bei der rein elektrischen Fahrt zuvor geschlossene Schaltelement (17), welches die Ankoppelwelle festbremst, zu entlasten und im entlasteten Zustand auszulegen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug.
  • Aus der US 5 735 770 A ist eine Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug bekannt, die ein Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine sowie ein zwischen das Antriebsaggregat und ein Abtrieb geschaltetes Getriebe umfasst. Das Getriebe umfasst eine Planetengetriebestufe mit zwei antriebsseitigen Elementen und einem abtriebsseitigen Element, wobei ein erstes antriebsseitiges Element der Planetengetriebestufe mit der elektrischen Maschine und ein zweites antriebsseitiges Element der Planetengetriebestufe an eine Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, wobei der Verbrennungsmotor über eine Trennkupplung an die Ankoppelwelle koppelbar und von derselben abkoppelbar ist.
  • Die Antriebseinheit der US 5 735 770 A ermöglicht einen rein elektrischen Fahrbetrieb bei stillstehendem und abgekoppeltem Verbrennungsmotor mit zwei Gängen über die Planetengetriebestufe. Dann, wenn in der aus diesem Stand der Technik bekannten Anordnung die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor über ein Schaltelement festgebremst wird, stellt die Planetengetriebestufe einen relativ kurzen Gang für ein rein elektrisches Fahren bei stillstehendem und abgekoppeltem Verbrennungsmotor bereit, wobei dann ein Zustarten des Verbrennungsmotors nur eingeschränkt möglich ist, da die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor festgebremst ist. Durch Überbrücken der Planetengetriebestufe kann alternativ ein relativ langer Gang für das rein elektrische Fahren bereitgestellt werden, wobei in diesem Fall dann ein Zustarten des Verbrennungsmotors einfacher möglich ist, da die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor mit gleicher Drehzahl wie die elektrische Maschine dreht. Nach der US 5 735 770 A ist daher dann, wenn durch Festbremsen der Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor das Planetengetriebe einen relativ kurzen Gang für den rein elektrischen Fahrbetrieb bereitstellt, zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors zunächst eine rein elektrische Schaltung in den längeren Gang für den rein elektrischen Fahrbetrieb erforderlich, damit die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor nicht mehr festgebremst ist und daher der Verbrennungsmotor bei überbrücktem Planetengetriebe und nicht festgebremster Ankoppelwelle angekoppelt werden kann.
  • Hierbei ist von Nachteil, dass die Zugkraft am Abtrieb bei der rein elektrischen Schaltung einbricht, was insbesondere bei geringen Fahrgeschwindigkeiten nicht akzeptabel ist.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei geöffneter Trennkupplung und demnach bei von der Ankoppelwelle abgekoppeltem Verbrennungsmotor unter Bereitstellung eines elektrischen Fahrgangs die Ankoppelwelle über ein Schaltelement des Getriebes festgebremst ist, zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors an die Ankoppelwelle aus rein elektrischer Fahrt heraus das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Moment über die schlupfend betriebene Trennkupplung übertragen, um das bei der rein elektrischen Fahrt zuvor geschlossene Schaltelement, welches die Ankoppelwelle festbremst, zu entlasten und im entlasteten Zustand auszulegen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein vorteilhaftes Ankoppeln des Verbrennungsmotors an eine Ankoppelwelle des Getriebes für den Verbrennungsmotor, und zwar auch dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei zuvor geöffneter Trennkupplung und demnach bei von der Ankoppelwelle abgekoppelten Verbrennungsmotor unter Bereitstellung eines relativ kurzen elektrischen Fahrgangs die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor über ein Schaltelement des Getriebes festgebremst ist. Hierzu wird durch die schlupfend betriebene Trennkupplung das Schaltelement, welches bei elektrischer Fahrt die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor festbremst, entlastet und ausgelegt, um nachfolgend die Trennkupplung zu synchronisieren und zu schließen. Zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors ist demnach keine rein elektrische Schaltung in einen längeren elektrischen Fahrgang erforderlich. Die Zugkraft am Abtrieb bricht nicht ein.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird hierzu die bei rein elektrischer Fahrt zuvor geöffnete Trennkupplung zur Entlastung des auszulegenden Schaltelements in Schlupf gebracht, wobei nach dem Auslegen des zuvor geschlossenen und mit Hilfe der schlupfend betriebenen Trennkupplung entlasteten Schaltelements die Trennkupplung unter Abbau des Schlupfs an derselben vollständig geschlossen wird. Nach dem vollständigen Schließen der Trennkupplung entsteht eine Konfiguration eines sogennenten elektrodynamischen Antriebssystems, wobei dann der Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine und eine abtriebsseitige Welle über die Planetengetriebestufe drehzahlüberlagert zusammenwirken.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors an die Ankoppelwelle aus rein elektrischer Fahrt heraus nacheinander folgende Schritte durchgeführt werden: a) zunächst wird die Trennkupplung in Schlupf gebracht, um die Übertragungsfähigkeit derselben zu erhöhen und das zuvor geschlossene Schaltelement, welches die Ankoppelwelle festbremst, zu entlasten, wobei hierbei ein am abtriebsseitigen Element der Planetengetriebestufe wirkendes Drehmoment unverändert bleibt; b) anschließend wird das Schaltelement, welches die Ankoppelwelle festbremst; lastfrei ausgelegt; c) darauffolgend wird die Trennkupplung synchronisiert und damit der Schlupf an der Trennkupplung abgebaut, indem die Drehzahl an der Ankoppelwelle erhöht und die Drehzahl an der elektrischen Maschine reduziert wird; d) anschließend wird die synchronisierte Trennkupplung vollständig geschlossen. Vorzugsweise wird während des Schritts a) und während des Schritts d) das von der Trennkupplung übertragbare Moment jeweils kontinuierlich erhöht, um während des Schritts a) die zuvor geöffnete Trennkupplung teilweise und während des Schritts d) die zuvor teilweise geschlossene Trennkupplung vollständig zuschließen, wobei zumindest während des Schritts b) das von der Trennkupplung übertragbare Moment konstant gehalten wird. Während des Schritts c) wird das von der Trennkupplung übertragbare Moment konstant gehalten oder das von der Trennkupplung übertragbare Moment unter Anpassung des von der elektrischen Maschine bereitgestellten Moments derart angepasst, dass ein am Abtrieb wirksames Drehmoment unverändert bleibt. Hiermit ist ein besonders vorteilhaftes Ankoppeln des Verbrennungsmotors an die zuvor festgebremste Ankoppelwelle aus rein elektrischer Fahrt heraus möglich.
  • Dann, wenn zwischen den Verbrennungsmotor und die Planetengetriebestufe ein Teilgetriebe geschaltet ist, wird vor dem eigentlichen Ankoppeln des Verbrennungsmotors an die Ankoppelwelle aus rein elektrischer Fahrt heraus im zwischen den Verbrennungsmotor und die Planetengetriebestufe geschalteten Teilgetriebe ein möglichst kurzer Gang eingelegt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist von Vorteil, wenn zwischen den Verbrennungsmotor und die Ankoppelwelle für den Verbrennungsmotor ein Teilgetriebe des Getriebes geschaltet ist.
  • Bevorzugte Weiterbildungen 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 einer ersten, erfindungsgemäß betreibbaren Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug;
  • 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Antriebseinheit;
  • 3 ein Schema einer zweiten, erfindungsgemäß betreibbaren Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug;
  • 4 ein Schema einer dritten, erfindungsgemäß betreibbaren Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug; und
  • 5 ein Schema einer vierten, erfindungsgemäß betreibbaren Antriebseinheit für ein Hybridfahrzeug.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug, wobei die Antriebseinheit 1 ein Antriebsaggregat 2 mit einem Verbrennungsmotor 3 und einer elektrischen Maschine 4 sowie ein zwischen das Antriebsaggregat 2 und einen Abtrieb 5 geschaltetes Getriebe 6 aufweist. Das Getriebe 6 umfasst zumindest eine Planetengetriebestufe 7 und im Ausführungsbeispiel der 1 ein der Planetengetriebestufe 7 nachgeschaltetes Teilgetriebe 8, welches demnach zwischen die Planetengetriebestufe 7 und den Abtrieb 5 geschaltet ist.
  • Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug ist die elektrische Maschine 4 des Antriebsaggregats 2 an ein erstes antriebsseitiges Element 9 der Planetengetriebestufe 7 des Getriebes 6 gekoppelt, wobei ein zweites antriebsseitiges Element 10 der Planetengetriebestufe 7 des Getriebes 6 an eine Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 des Antriebsaggregats 2 gekoppelt ist. Dabei bildet im Ausführungsbeispiel der 1 die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 die Getriebeeingangswelle des Getriebes 6, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und die Ankoppelwelle 11 des Getriebes 6, die also in 1 der Getriebeeingangswelle des Getriebes 6 entspricht, eine Trennkupplung 12 geschaltet ist. Bei rein elektrischer Fahrt ist diese Trennkupplung 12 geöffnet und der Verbrennungsmotor 3 von der Ankoppelwelle 11 des Getriebes abgekoppelt.
  • Zusätzlich zu den beiden antriebsseitigen Elementen 9 und 10 umfasst die Planetengetriebestufe 7 ein abtriebsseitiges Element 13, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 an eine Zwischenwelle 14 des Getriebes 6 gekoppelt ist, die als Eingangswelle für das Teilgetriebe 8 dient. Eine Ausgangswelle des Teilgetriebes 8 bildet in 1 die Getriebeausgangswelle 15, die an den Abtrieb 5 gekoppelt ist.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 handelt es sich bei dem ersten antriebsseitigen Element 9 der Planetengetriebestufe 7, an welches die elektrische Maschine 4 gekoppelt ist, um ein Hohlrad. Bei dem zweiten antriebsseitigen Element 10 der Planetengetriebestufe 7, welches an die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 gekoppelt ist, handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 um ein Sonnerad. Beim abtriebsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 handelt es sich im Ausführungsbeispiel der 1 um einen Steg.
  • Mit der Planetengetriebestufe 7 des Getriebes 6 wirken zwei Schaltelemente 16 und 17 zusammen, wobei dann, wenn das Schaltelement 16 geschlossen ist, die beiden antriebsseitigen Elemente 9 und 10 der Planetengetriebestufe 7 aneinander gekoppelt sind.
  • Dann, wenn das Schaltelement 17 geschlossen ist, ist die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 gehäuseseitig angebunden und festgebremst.
  • Bei der Antriebseinheit 1 der 1 kann rein elektrisch bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor 3 unter Nutzung von zwei elektrischen Fahrgängen, welche die Planetengetriebestufe 7 bereitstellt, gefahren werden, wobei in einem relativ kurzen elektrischen Fahrgang das Schaltelement 17 unter Festbremsen der Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 geschlossen ist. In einem relativ langen elektrischen Fahrgang ist das Schaltelement 17 hingegen geöffnet.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren, wie aus einer solchen rein elektrischen Fahrt heraus, also aus einer elektrischen Fahrt bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor 3 und festgebremster Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3, das Ankoppeln des Verbrennungsmotors 3 an die Ankoppelwelle 11 erfolgen kann, ohne zuvor bei rein elektrischer Fahrt einen Gangwechsel in den relativ langen elektrischen Fahrgang der Planetengetriebestufe 7 auszuführen.
  • Erfindungsgemäß wird dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei geöffneter Trennkupplung 12 die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 festgebremst ist, zum nachfolgenden Ankoppeln des Verbrennungsmotors 3 an die Ankoppelwelle 11 aus rein elektrischer Fahrt heraus das vom Verbrennungsmotor 3 bereitgestellte Moment über die schlupfend betriebene Trennkupplung 12 übertragen, um bei rein elektrischer Fahrt das geschlossene Schaltelement 17, welches bei rein elektrischer Fahrt die Ankoppelwelle 11 festbremst, zu entlasten und im entlasteten Zustand auszulegen. Hierzu wird die bei rein elektrischer Fahrt die zuvor geöffnete Trennkupplung 12 zur Entlastung des auszulegenden Schaltelements 17 in Schlupf gebracht, wobei nach dem Auslegen des zuvor geschlossenen und mit Hilfe der schlupfend betriebenen Trennkupplung 12 entlasteten Schaltelements 17 die Trennkupplung 12 unter Abbau des Schlupfs an derselben synchronisiert und nachfolgend vollständig geschlossen wird, um den Betrieb der Antriebseinheit als sogenanntes elektrodynamisches Antriebssystem zu gewährleisten, in welchem die Planetengetriebestufe 7 des Getriebes 6 als Überlagerungsgetriebe wirkt.
  • Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der 2 beschrieben, wobei in 2 über der Zeit t einerseits Kurvenverläufe von Drehzahlen n und andererseits Kurvenverläufe von Drehmomenten M aufgetragen sind.
  • So zeigt 2 einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl n3 des Verbrennungsmotors 3, einen zeitlichen Drehzahlverlauf n4 für die Drehzahl der elektrischen Maschine 4, einen zeitlichen Drehzahlverlauf n10 der Drehzahl des mit der Ankoppelwelle 11 gekoppelten Elements 10 der Planetengetriebestufe 7 sowie einen zeitlichen Drehzahlverlauf n13 des abtriebsseitigen Elements 13 der Planetengetriebestufe 7. Weiterhin zeigt 2 einen Drehmomentverlauf M13 des abtriebsseitigen Elements 13 der Planetengetriebestufe 7, einen Drehmomentverlauf M4 für die elektrische Maschine 4, einen Drehmomentverlauf M17 für das bei rein elektrischer Fahrt die Ankoppelwelle 11 festbremsende Schaltelement 17 sowie einen Drehmomentverlauf M12 für die Trennkupplung 12.
  • Im Ausgangszustand des erfindungsgemäßen Verfahrens, also vor dem Zeitpunkt t1, wird rein elektrisch ohne Beteiligung des Verbrennungsmotors 3 gefahren, wobei in diesem Fall die Trennkupplung 12 geöffnet ist. Die Trennkupplung 12 kann demnach vor dem Zeitpunkt t1 kein Moment übertragen (M12 beträgt Null). Vor dem Zeitpunkt t1 ist das Schaltelement 17 geschlossen, um die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 festzubremsen.
  • Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass das Hybridfahrzeug bei einer konstanten Fahrgeschwindigkeit, also mit konstanter Drehzahl n13 am abtriebsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 betrieben wird, wobei die Höhe der Fahrgeschwindigkeit prinzipiell beliebig ist, jedoch eine eher geringe Fahrgeschwindigkeit infolge des relativ kurzen elektrischen Fahrgangs wahrscheinlich ist. Ferner wird davon ausgegangen, dass auch eine konstante Fahranforderung bzw. Drehmomentanforderung vorliegt, also das Moment M13 am abtriebsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 für das nachfolgende Ankoppeln des Verbrennungsmotors 3 an die Ankoppelwelle 11 konstant ist.
  • In dem der Planetengetriebestufe 7 nachgeschalteten Teilgetriebe 8 ist ein fester Gang eingelegt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Teilgetriebe 8 auch entfallen kann. Wie bereits ausgeführt, ist bei rein elektrischer Fahrt die Trennkupplung 12 geöffnet, der Verbrennungsmotor 3 wird vorzugsweise mit Leerlaufdrehzahl betrieben.
  • Zum Ankoppeln des zuvor abgekoppelten Verbrennungsmotors 3 an die Ankoppelwelle 11 des Getriebes 6 wird nachfolgend zwischen den Zeitpunkt t1 und t2 zunächst die Trennkupplung 12 in Schlupf gebracht, um das von derselben übertragbare Moment M12, welches in 2 dem von derselben übertragenen Moment entspricht, zu erhöhen, wobei hierbei gemäß dem Drehmomentverlauf M17 das Schaltelement 17, welches bei rein elektrischer Fahrt die Ankoppelwelle 11 des Getriebes 6 festbremst, entlastet wird. Hierbei bleibt das am abtreibsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 herrschende Moment M13 unverändert, ebenso wie das Moment M4 der elektrischen Maschine 4. Das In-Schlupf-Bringen der Trennkupplung 12 ist daher für den Fahrer nicht spürbar. Das Drehmoment der festgebremsten Ankoppelwelle 11 wird demnach zunehmend von der schlupfend betriebenen Trennkupplung 12 abgestützt, sodass das Schaltelement 17 entlastet wird.
  • Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 bleiben auch die in 2 gezeigten Drehzahlen n3, n4, n10 und n13 unverändert.
  • Nach dem Entlasten des Schaltelements 17 wird dasselbe nachfolgend zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 lastfrei ausgelegt. Hierbei bleiben die Drehzahlen n3, n4, n10 und n13 unverändert, ferner wird hierbei das von der Trennkupplung 12 übertragbare Moment M12 konstant gehalten. Ferner bleiben die Drehmomente M4 und M13 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 unverändert.
  • Darauffolgend wird zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 die Trennkupplung 12 synchronisiert und damit der Schlupf an der Trennkupplung 12 abgebaut. Gemäß 2 wird hierzu zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 die Drehzahl der Ankoppelwelle 11 und damit die Drehzahl n10 an den mit der Ankoppelwelle 11 gekoppelten antriebsseitigen Element 10 der Planetengetriebestufe 7 erhöht, wohingegen die Drehzahl n4 der elektrischen Maschine 4 reduziert wird. Die Drehzahl n13 am abtriebsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 sowie die Drehzahl n3 des Verbrennungsmotors 3 bleiben hingegen zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 unverändert. In 2 gelangt zwischen den Zeitpunkt t3 und t4 die Drehzahl n4 der elektrischen Maschine 4 in den negativen Bereich, sodass dann ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine 4 vorliegt.
  • Gemäß 2 bleiben zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 insbesondere das Moment M4 der elektrischen Maschine 4 und das von der Trennkupplung 12 übertragene bzw. übertragbare Moment M12 unverändert.
  • Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 das von der Trennkupplung M12 übertragbare bzw. übertragene Moment M12 unter Anpassung des von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellten Moments M4 anzupassen, und zwar derart, dass das Moment M13 am abtriebsseitigen Element 13 der Planetengetriebestufe 7 und damit ein am Abtrieb 5 wirksames Drehmoment unverändert bleibt.
  • Nachfolgend wird zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 die Trennkupplung 12 gemäß dem Drehmomentverlauf M12 vollständig geschlossen, indem also die Übertragungsfähigkeit derselben weiter erhöht wird, bis die Trennkupplung 12 vollständig geschlossen ist, wobei dann die Antriebseinheit als sogenanntes elektrodynamisches Antriebssystem betrieben werden kann, bei welcher die Planetengetriebestufe 7 als Überlagerungsgetriebe wirkt.
  • In der Konfiguration eines elektrodynamischen Antriebssystems wirken der Verbrennungsmotor 3, die elektrische Maschine 4 und das abtriebsseitige Element 13 der Planetengetriebestufe 7 drehzahlüberlagert zusammen.
  • Aus der Anordnung eines solchen elektrodynamischen Antriebssystems heraus kann anschließend in einen festen mechanischen Gang für den Verbrennungsmotor 3 durch Schließen eines anderen Schaltelements, zum Beispiel im Teilgetriebe 8 gewechselt werden.
  • Das oben beschriebene, erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf den Einsatz an der in 1 gezeigten Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug beschränkt. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei anderen Antriebseinheiten zum Einsatz kommen, bei welchen in rein elektrischer Fahrt bei geöffneter Trennkupplung 12 eine Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3, die mit einem Element einer Planetengetriebestufe 7 gekoppelt ist, über ein Schaltelement 17 festgebremst ist.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug, bei welcher das oben beschriebene Verfahren zum Einsatz kommen kann, wobei nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für das Ausführungsbeispiel der 3 gleiche Bezugsziffern verwendet werden, wie in Ausführungsbeispiel der 1 und nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 3 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheidet.
  • Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Planetengetriebestufe 7 kein Teilgetriebe nachgelagert, vielmehr ist der Planetengetriebestufe 7 ein Teilgetriebe 8 mit den Schaltelementen A, B, C und D sowie den die Übersetzungsstufen i1, i2, i3 und i4 bereitstellenden Stirnradstufen vorgelagert. Die Ankoppelwelle 11 entspricht wiederum der Getriebeeingangswelle, nämlich derjenigen Welle, auf welche Festräder der Stirnradstufen angreifen. Das antriebsseitige Element 10 der Planetengetriebestufe 7 ist abhängig vom einem im Teilgetriebe 8 eingelegten Gang und damit abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente A, B, C und D mit der Ankoppelwelle 11 des Getriebes 6 gekoppelt. Dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor 3 rein elektrisch gefahren wird, kann ein relativ kurzer elektrischer Fahrgang dadurch bereitgestellt werden, dass über das Schaltelement 17 die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 festgebremst wird.
  • Soll bei der Antriebseinheit der 3 aus rein elektrischer Fahrt heraus bei festgebremster Ankoppelwelle 11 der Verbrennungsmotor 3 angekoppelt werden, so kann auf die oben beschriebene Art und Weise vorgegangen werden, wobei vorzugsweise jedoch in dem der Planetengetriebestufe 7 vorgelagerten Teilgetriebe 8 ein passender Gang eingelegt wird, bevorzugt ein möglichst kurzer Gang, um die nachfolgende Belastung an der Trennkupplung 12 so gering wie möglich zu halten. Vorzugsweise wird der Gang mit der Übersetzungsstufe i1 über das Schaltelement D eingelegt. Beim nachfolgenden Ankoppeln des Verbrennungsmotors 3 an die Ankoppelwelle 11 übernimmt die schlupfend betriebene Trennkupplung 12 das Abstützmoment an der Planetengetriebestufe 7, wodurch das Schaltelement 17 entlastet wird und nachfolgend lastfrei geöffnet werden kann. Anschließend wird die Trennkupplung 12 synchronisiert und vollständig geschlossen.
  • Dann, wenn wie in 3 gezeigt, die beiden Schaltelemente 16 und 17 reibschlüssig ausgeführt sind, sind beide von der Planetengetriebestufe 7 bereitgestellten elektrischen Fahrgänge voll lastschaltbar. Der Verbrennungsmotor 3 kann über das Teilgetriebe 8 vier Gänge nutzen. Im Betriebsmodus eines elektrodynamischen Antriebssystems sind die Schaltelemente 16 und 17 geöffnet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebseinheit 1 für ein Hybridfahrzeug, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden kann, zeigt 4, wobei sich 4 von der Variante der 3 ausschließlich dadurch unterscheidet, dass die Trennkupplung 12 verlagert ist, nämlich derart, dass dieselbe zwischen das Teilgetriebe 8 und die Planetengetriebestufe 7 in den Bereich einer Vorgelegewelle des Teilgetriebes 8 verlagert ist, auf welcher Losräder der Stirnradstufen des Teilgetriebes 8 gelagert sind.
  • Hierdurch wird in 4 die Vorgelegewelle in zwei Teilwellen untergliedert, wobei gemäß 4 die rechte Teilwelle der Vorgelegewelle die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 bildet. Im Ausführungsbeispiel der 4 fallen demnach die Getriebeeingangswelle des Getriebes 6 und die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 nicht zusammen, vielmehr handelt es sich in der Variante der 4 bei der Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3 um eine getriebeinterne Welle.
  • 5 zeigt ein weiteres Antriebssystem, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann. Das Getriebe 6 der Antriebseinheit 1 der 5 verfügt über insgesamt drei Planetengetriebestufen 7a, 7b und 7c sowie eine Vielzahl von Schaltelementen.
  • Bei rein elektrischer Fahrt sind in 5 unter Bereitstellung eines relativ kurzen elektrischen Fahrgangs die Schaltelemente 17a und 17b geschlossen, nämlich derart, dass die Planetengetriebestufe 7b eine Übersetzung für die elektrische Maschine 4 bereitstellt. Die elektrische Maschine 4 treibt dann gemäß 5 in das antriebsseitige Element 9 der Planetengetriebestufe 7b ein. Die Ankoppelwelle 11 für den Verbrennungsmotor 3, die mit dem antriebsseitigen Element 10 der Planetengetriebestufe 7a gekoppelt ist, ist über die geschlossenen Schaltelemente 17a und 17b festgebremst.
  • Um aus einer solchen rein elektrischen Fahrt heraus bei der Antriebseinheit 1 der 5 das Ankoppeln des Verbrennungsmotors 3 zu ermöglichen, wird die Trennkupplung 12 schlupfend betrieben, und zwar derart, dass das Schaltelement 17b an der Planetengetriebestufe 7a entlastet wird. Anschließend kann dieses Schaltelement 17b lastfrei geöffnet werden, um nach dem lastfreien Öffnen desselben die Trennkupplung 12 zu synchronisieren und vollständig zu schließen. Nachfolgend liegt dann wiederum eine Konfiguration eines elektrodynamischen Antriebssystems vor, wobei sich dann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3, die Drehzahl der elektrischen Maschine 4 und die Drehzahl eines abtriebsseitigen Elements 13 der Planetengetriebestufe 7b überlagern.
  • Alternativ zum Schaltelement 17b kann auch das Schaltelement 17a durch die schlupfend betriebene Trennkupplung 12 entlastet und anschließend ausgelegt werden. Nach darauffolgendem Synchronisieren und Schließen der Trennkupplung 12 liegt auch dann wiederum die Konfiguration eines elektrodynamischen Antriebssystems vor, bei welchem sich jedoch die Drehzahlen von Verbrennungsmotor 3, elektrischer Maschine 4 und abtriebsseitigem Element 13 der Planetengetriebestufe 7b mit einem anderen Übersetzungsverhältnis für den Verbrennungsmotor 3 überlagern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Antriebsaggregat
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    elektrische Maschine
    5
    Abtrieb
    6
    Getriebe
    7
    Planetengetriebestufe
    7a
    Planetengetriebestufe
    7b
    Planetengetriebestufe
    7c
    Planetengetriebestufe
    8
    Teilgetriebe
    9
    antriebsseitiges Element
    10
    antriebsseitiges Element
    11
    Ankoppelwelle
    12
    Trennkupplung
    13
    abtriebsseitiges Element
    14
    Zwischenwelle
    15
    Getriebeausgangswelle
    16
    Schaltelement
    17
    Schaltelement
    17a
    Schaltelement
    17b
    Schaltelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5735770 A [0002, 0003, 0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (1) für ein Hybridfahrzeug, wobei die Antriebseinheit ein Antriebsaggregat (2) mit einem Verbrennungsmotor (3) und einer elektrischen Maschine (4) und ein zwischen das Antriebsaggregat (2) und einen Abtrieb (5) geschaltetes Getriebe (6) umfasst, wobei das Getriebe mindestens eine Planetengetriebestufe (7, 7a, 7b, 7c) mit zwei antriebsseitigen Elementen (9, 10) und einem abtriebsseitigen Element (13) umfasst, wobei ein erstes antriebsseitiges Element (9) der oder jeder Planetengetriebestufe mit der elektrischen Maschine (4) gekoppelt ist, wobei ein zweites antriebsseitiges Element (10) der oder jeder Planetengetriebestufe an eine Ankoppelwelle(11) für den Verbrennungsmotor (3) gekoppelt ist, der über eine Trennkupplung (12) an die Ankoppelwelle (11) koppelbar und von derselben abkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei rein elektrischer Fahrt bei geöffneter Trennkupplung (12) unter Bereitstellung eines elektrischen Fahrgangs die Ankoppelwelle (11) über ein Schaltelement (17, 17a, 17b) des Getriebes (6) festgebremst ist, zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors (3) an die Ankoppelwelle (11) aus rein elektrischer Fahrt heraus das vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Moment über die schlupfend betriebene Trennkupplung (12) übertragen wird, um das bei der rein elektrischen Fahrt zuvor geschlossene Schaltelement (17, 17a, 17b), welches die Ankoppelwelle festbremst, zu entlasten und im entlasteten Zustand auszulegen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die bei rein elektrischer Fahrt zuvor geöffnete Trennkupplung (12) zur Entlastung des auszulegenden Schaltelements (17, 17a, 17b) in Schlupf gebracht wird, und dass nach dem Auslegen des zuvor geschlossenen und mit Hilfe der schlupfend betriebenen Trennkupplung (12) entlasteten Schaltelements (17, 17a, 17b) die Trennkupplung (12) unter Abbau des Schlupfs an derselben vollständig geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn zwischen den Verbrennungsmotor (3) und die Planetengetriebestufe (7) ein Teilgetriebe (8) geschaltet ist, vor dem eigentlichen Ankoppeln des Verbrennungsmotors (3) an die Ankoppelwelle (11) aus rein elektrischer Fahrt heraus im zwischen den Verbrennungsmotor (3) und die Planetengetriebestufe (7) geschalteten Teilgetriebe (8) ein möglichst kurzer Gang eingelegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors (3) an die Ankoppelwelle (11) aus rein elektrischer Fahrt heraus folgende Schritte durchgeführt werden: a) zunächst wird die Trennkupplung (12) in Schlupf gebracht, um die Übertragungsfähigkeit derselben zu erhöhen und das zuvor geschlossene Schaltelement (17), welches die Ankoppelwelle (11) festbremst, zu entlasten, wobei hierbei ein am abtriebsseitigen Element (13) der oder jeder Planetengetriebestufe (7, 7a, 7b, 7c) wirkendes Drehmoment unverändert bleibt; b) anschließend wird das Schaltelement (17, 17a, 17b), welches die Ankoppelwelle (11) festbremst; lastfrei ausgelegt; c) darauffolgend wird die Trennkupplung (12) synchronisiert und damit der Schlupf an der Trennkupplung (12) abgebaut, indem die Drehzahl an der Ankoppelwelle (11) erhöht und die Drehzahl an der elektrischen Maschine (4) reduziert wird; d) anschließend wird die synchronisierte Trennkupplung (12) vollständig geschlossen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts a) und während des Schritts d) das von der Trennkupplung (12) übertragbare Moment jeweils kontinuierlich erhöht, um während des Schritts a) die zuvor geöffnete Trennkupplung (12) teilweise und während des Schritts d) die zuvor teilweise geschlossene Trennkupplung (12) vollständig zuschließen, und dass zumindest während des Schritts b) das von der Trennkupplung (12) übertragbare Moment konstant gehalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts c) das von der Trennkupplung (12) übertragbare Moment konstant gehalten wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schritts c) das von der Trennkupplung (12) übertragbare Moment unter Anpassung des von der elektrischen Maschine (4) bereitgestellten Moments derart angepasst wird, dass ein am Abtrieb (5) wirksames Drehmoment unverändert bleibt.
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